KR20070110363A - 오염 제어 요소 장착 부재 및 오염 제어 장치 - Google Patents

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다이고 야스다
후미히꼬 기시
겐지 사꼬
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Abstract

본 발명은 오염 제어 장치의 케이싱 내에 오염 제어 요소를 장착하기 위해 적합한 오염 제어 요소 장착 부재에 관한 것이다. 오염 제어 요소 장착 부재는 소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트를 포함하고, 매트는 내부에 함침된 상이한 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 적어도 2가지 유형의 결합제들의 조합을 갖는다.
오염 제어 장치, 촉매 담체, 필터 요소, 촉매 컨버터, 촉매 담체 장착 부재, 유리 전이 온도, 아크릴 라텍스

Description

오염 제어 요소 장착 부재 및 오염 제어 장치 {POLLUTION CONTROL ELEMENT-MOUNTING MEMBER AND POLLUTION CONTROL DEVICE}
본 발명은 오염 제어 요소 보유 또는 장착 부재에 관한 것이고, 특히 본 발명은 촉매 담체 및 필터 요소와 같은 오염 제어 요소를 위한 보유 또는 장착 부재에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 촉매 담체 둘레에 권취된 상태의 촉매 담체 장착 부재를 촉매 컨버터의 케이싱 내로 삽입하는 동안 양호한 작업성을 보이고, 열 저항, 면적 압력 보유 특성, 및 부식 저항에 있어서 우수하고, 또한 사용되는 유기 결합제의 함침량의 감소에도 불구하고, 면적 압력의 감소와 섬유의 파편 입자, 분말 등의 방출이 동시에 방지될 수 있는 촉매 담체 보유 또는 장착 부재에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 그러한 오염 제어 요소 장착 부재를 구비한 오염 제어 장치, 특히 그러한 촉매 담체 장착 부재가 내부에 삽입된 촉매 컨버터 및 필터 요소 보유 또는 장착 부재를 구비한 배기 정화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 컨버터는 유리하게는 예를 들어 발전기, 자동차, 및 다른 차량의 내연 기관 엔진의 배기 가스를 처리하기 위해 사용될 수 있다.
세라믹 촉매 컨버터가 사용되는 배기 가스 정화 시스템은 자동차의 내연 기관 엔진으로부터의 배기 가스 내에 함유된 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산 화물(NOx) 등을 제거하기 위한 수단으로서 공지되어 있다. 세라믹 촉매 컨버터는 예를 들어 금속 케이싱, 즉 하우징 내에 수납된 벌집형 세라믹 촉매 담체("촉매 요소"로도 불림)를 포함한다.
공지된 바와 같이, 많은 유형의 세라믹 촉매 컨버터가 있다. 그러나, 세라믹 촉매 컨버터는 보통 케이싱과 내부에 수용된 촉매 담체 사이에 갭을 구비하여 구성된다. 이러한 갭은 전형적으로 조합된 무기 섬유, 유기 섬유, 및/또는 대체로 액체 또는 점착성인 유기 결합제로부터 형성된 장착 및 단열 부재로 충분히 충전된다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제57-61686호, 제59-10345호, 및 제61-239100호 참조. 결과적으로, 그러한 갭을 충전하는 장착/단열 부재는 촉매 담체를 보유하고, 충돌, 진동 등에 기인하는 우발적인 기계적 충격으로부터 촉매 담체를 방지할 수 있다. 촉매 담체의 파괴 또는 이동이 그러한 구조를 갖는 촉매 컨버터에서 발생하지 않기 때문에, 촉매 컨버터는 장기간에 걸쳐 원하는 기능을 실현할 수 있다. 더욱이, 유기 결합제는 무기 섬유 내로 함침되거나 무기 섬유 위에 코팅되면, 무기 섬유의 파편 입자, 분말 등(이하에서, "섬유 조각"으로도 불림)의 방출 또는 산란을 방지할 수 있고, 또한 이는 촉매 담체가 케이싱 내로 삽입될 때 (이러한 작업은 "봉입(canning)"으로 불림), 촉매 담체의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 위에서 언급된 바와 같은 그러한 장착/단열 부재가 촉매 담체를 보유하는 기능을 갖기 때문에, 이는 일반적으로 촉매 담체 보유 또는 장착 부재로 불린다.
도1은 일본 특허 출원 공개 제7-269334호에 설명된 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 사시도이다. 도시된 촉매 컨버터(201)를 사용하여, 기밀 시트를 사용하 여 진공 패킹된 촉매 담체를 제공함으로써, 촉매 담체의 봉입의 개선 및 섬유 조각의 방출 방지를 동시에 실현하는 것이 가능해진다. 촉매 컨버터는 판형 무기 섬유상 부직포 층(231) 및 밀봉 재료(932)가 기밀 시트(232) 내에 수납되고, 시트(232)의 내부 섹션 내의 압력이 감소되어 그의 두께를 감소시켜서, 무기 섬유상 부직포 층(231)의 체적 밀도를 0.10 내지 0.40 g/cm3으로 그리고 또한 그의 두께를 조립 시에 얻어지는 촉매 홀더(204)와 외피(202: 상부 외부(221), 하부 외피(222)) 사이의 간극의 대략 1.0 내지 2.5배로 조정하고, 시트(232)가 밀봉되고, 그 다음 감압 하에서 밀봉된 무기 섬유상 부직포 층(231) 및 밀봉 재료(932)가 촉매 홀더(204)와 쉘(221, 222) 사이로 삽입되고, 이어서 이러한 부재들을 압력 인가 하에서 조립하는 방법에 의해 제작될 수 있다. 이러한 촉매 컨버터는 유기 결합제를 사용하지 않고서 섬유 조각의 방출을 방지할 수 있기 때문에 유리하지만, 그가 진공 패킹 시스템을 적용하도록 요구되므로, 특수한 제작 장치가 불편한 제작 공정 및 증가된 제작 비용과 함께 사용되도록 요구된다. 더욱이, 상부 외피(221) 및 하부 외피(222)에 대한 결합 시스템이 플랜지의 사용에 기초하므로, 제작 작업성은 촉매 담체 보유 부재가 촉매 담체의 외측 표면 둘레에 권취되어 통합된 후에 촉매 담체가 원통형 케이싱 내로 삽입되는 가압 삽입 방법과 비교하여 감소된다.
또한, 도2는 일본 특허 출원 공개 제2002-4848호에 설명된 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 사시도이다. 도시된 촉매 컨버터(300)는 촉매 담체(301)와 외피(395) 사이에 유지 및 밀봉 재료(302)를 배치하는 것을 특징으로 한다. 유지 및 밀봉 재료(302)는 무기 섬유의 매트형 제품을 포함하고, 유기 또는 무기 결합제로 구성된 0.5 내지 20 중량%의 결합제를 그에 추가하고, 또한 조립 후에 결정되는 그의 패킹 밀도는 0.1 내지 0.6 g/cm3으로 조정된다. 더욱이, 촉매 컨버터는 그의 유지 및 밀봉 재료(302)를 두께 방향으로 3개의 섹션(상부 섹션(311), 중간 섹션(312), 및 하부 섹션(313))으로 분할하는 것을 특징으로 하고, 상부 및 하부 섹션은 각각 중간 섹션과 비교하여 결합제의 높은 고형물 함량을 갖는다. 그러나, 이러한 촉매 컨버터에 대해, 유지 및 밀봉 재료가 각각의 섹션 내의 결합제의 고형물 함량의 제어와 함께 3개의 섹션으로 분할되어야 하므로, 제작 공정은 불편하고, 또한 제작 비용은 증가된다. 또한, 유기 결합제가 위에서 설명된 바와 같이 0.5 내지 20 중량%의 양으로 첨가되어야 하지만, 증가된 양의 유기 결합제가 그러한 제어 시스템, 특히 내부에 수납된 센서의 기능에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 자동차 내연 엔진의 발전된 제어 시스템의 최근의 요건을 만족시킬 목적으로 유기 결합제의 양을 감소시키는 것이 대체로 필요하다.
위에서 설명된 바와 같이, 보통 매트의 형태로 사용되는 촉매 담체 보유 또는 장착 부재는 촉매 담체가 압력 인가 하에서 삽입되는 충진 구조를 갖는 것을 포함하여, 종래의 촉매 컨버터에서 다양하게 개선되었다. 그러나, 촉매 담체 장착 부재는 여전히 그의 구조, 제작 공정, 및 특징과 관련된 문제를 겪을 수 있다. 한 가지 중요한 문제는 결합 또는 고정 목적으로 사용되는 유기 결합제의 양을 감소시키면서, 장착 부재의 면적 압력 또는 압축력의 감소와, 섬유의 파편 입자, 분말 등(섬유 조각)의 방출 또는 산란을 동시에 방지하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 촉매 담체 둘레에 권취된 상태의 촉매 담체 장착 부재를 촉매 컨버터의 케이싱 내로 삽입하는 동안 양호한 작업성을 보이고, 열 저항, 면적 압력 보유 특성, 및 부식 저항에 있어서 우수하고, 또한 고정 목적으로 사용되는 유기 결합제의 감소된 함침량에도 불구하고, 장착 부재의 면적 저항 및 섬유 조각 방출의 감소를 보이는 촉매 담체 장착 부재를 제공하는 것일 수 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 목적은 단순한 구조를 가지며, 쉽게 제작될 수 있고, 촉매 담체 장착 부재가 열 저항, 면적 압력 보유 특성, 섬유 조각의 방출 방지, 및 부식 저항에 있어서 우수한 촉매 컨버터를 제공하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 예를 들어 필터 요소 등과 같은 촉매 담체 이외의 오염 제어 요소를 장착하기 위한 오염 제어 요소 장착 부재와, 그러한 오염 제어 요소를 구비한 오염 제어 장치를 제공하는 것일 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 오염 제어 요소 둘레에 오염 제어 요소 장착 부재를 권취함으로써 케이싱 내에 오염 제어 요소를 보유하기 위한 오염 제어 요소 장착 부재이고, 오염 제어 요소 장착 부재는 소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트로 구성되고, 매트는 내부에 함침된 상이한 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 적어도 2가지 유형의 결합제들의 조합을 갖는다.
더욱이, 다른 태양에서, 본 발명은 케이싱과, 케이싱 내에 제공된 오염 제어 요소와, 케이싱과 오염 제어 요소 사이에 배열된 오염 제어 요소 장착 부재를 포함하는 오염 제어 장치이고, 오염 제어 요소 장착 부재는 본 발명에 따른 위에서 설명된 오염 제어 요소 장착 부재이다.
본 발명에 따른 오염 제어 요소 및 오염 제어 장치는 각각 유리하게는 다양한 실시예로 실행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 양호한 실시예에서, 오염 제어 요소는 촉매 담체이고, 따라서 오염 제어 장치는 촉매 컨버터이다. 본 발명의 다른 양호한 실시예에서, 오염 제어 요소는 필터 요소(예를 들어, 디젤 입자 필터)이고, 따라서 오염 제어 장치는 배기 정화 장치이다. 오염 제어 장치는 자동차 및 다른 내연 기관 엔진(예를 들어, 가솔린, 디젤, 및 다른 유기 연료 연소 엔진)의 배기 시스템 내에서 사용될 수 있다.
이하에서 상세하게 설명될 바와 같이, 본 발명에 따르면, 촉매 담체 장착 부재가 촉매 담체 둘레에 권취된 상태로 촉매 컨버터의 케이싱 내로 삽입될 때 양호한 작업성을 보이고, 열 저항, 면적 압력 보유 특성, 섬유 조각의 방출 방지, 및 부식 저항에 있어서 우수하고, 또한 면적 압력의 감소와 섬유의 파편 입자, 분말 등의 방출이 동시에 방지될 수 있으면서, 고정 목적으로 사용되는 유기 결합제의 함침량이 감소될 수 있는 촉매 담체 장착 부재를 제공하는 것이 가능해진다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 삽입된 촉매 담체 장착 부재가 단열, 면적 압력 보유 특성, 섬유 조각의 방출 방지, 및 부식 저항에 있어서 우수한, 단순한 구조를 가지며 쉽게 제작될 수 있는 촉매 컨버터를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 유리하게는 자동차 및 다른 차량의 내연 기관 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위해 사용될 수 있는 촉매 컨버터를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 촉매 컨버터, 예를 들어 디젤 입자 필터 및 다른 배기 정화 장치 이외의, 오염 제어 장치에서 위에서 설명된 우수한 효과를 실현하는 것도 가능해진다.
본 발명의 위에서 설명된 목적 및 다른 목적은 다음의 설명으로부터 쉽게 이해될 것이다.
도1은 배기 가스 정화를 위한 종래 기술의 촉매 컨버터의 하나의 구조를 도시하는 사시도이다.
도2는 배기 가스 정화를 위한 종래 기술의 촉매 컨버터의 다른 구조를 도시하는 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 하나의 양호한 구조를 도시하는 측면도이다.
도4는 도3의 촉매 컨버터의 선 A-A를 따라 취한 단면도이다.
도5는 상이한 Tg를 갖는 아크릴 라텍스로 함침된 촉매 담체 장착 부재에 관한 충격 테스트에서의 섬유 조각 방출의 결정 결과를 도시하는 그래프이다.
도6은 상이한 Tg를 갖는 아크릴 라텍스로 함침된 촉매 담체 장착 부재에 관한 실온에서의 면적 압력의 결정 결과를 도시하는 그래프이다.
도7은 상이한 Tg를 갖는 아크릴 라텍스로 동시에 함침된 촉매 담체 장착 부재에 관한 섬유 조각의 방출과 실온에서의 면적 압력 사이의 관계를 도시하는 그래 프이다.
본 발명에 따른 오염 제어 요소 장착 부재 및 오염 제어 장치는 각각 유리하게는 다양한 실시예로 실시될 수 있다. 예를 들어, 오염 제어 요소는 촉매 담체 (또는 촉매 요소), 필터 요소(예를 들어, 엔진 등을 위한 배기 정화 필터), 또는 임의의 다른 오염 제어 요소일 수 있다. 유사하게, 그에 적용되는 오염 제어 요소에 의존하여, 오염 제어 장치는 촉매 컨버터, 엔진용 배기 정화 장치(예를 들어, 디젤 입자 필터 장치)와 같은 배기 정화 장치, 또는 임의의 다른 오염 제어 장치일 수 있다. 이하에서, 본 발명의 실시예는 특히 촉매 담체 장착 부재 및 촉매 컨버터를 참조하여 설명될 것이지만, 본 발명은 다음의 실시예로만 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.
본 발명에 따른 촉매 컨버터는 자동차 등의 내연 기관 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위해 특히 유리하게 사용될 수 있다. 촉매 컨버터는 적어도 케이싱과, 케이싱 내에 위치된 촉매 담체(촉매 요소)를 포함한다. 이하에서 상세하게 설명될 본 발명에 따른 촉매 담체 장착 부재는 촉매 담체 장착 부재가 촉매 담체의 외부 주연 표면 둘레에 권취되도록, 케이싱과 촉매 담체 사이에 삽입된다. 더욱이, 종래 기술의 촉매 컨버터의 제작 시에 수행되는 바와 같이, 촉매 담체 및 촉매 담체 장착 부재는 접착제 또는 압력 감응식 접착제 테이프와 같은 결합 수단으로 서로 결합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 촉매 컨버터에 대해, 촉매 담체 장착 부재 자체가 적절한 접착을 나타낼 수 있기 때문에, 구조 및 제작을 복잡하게 하며 제작 비용을 증가시키는 결합 수단의 삽입이 불필요하다. 더욱이, 촉매 담체 장착 부재가 보통 촉매 담체의 실질적인 전체 표면 둘레에 권취되지만, 필요하다면, 이는 촉매 담체의 일 부분 둘레에만 권취될 수 있다. 더욱이, 와이어 메시와 같은 고정 수단이 선택적으로 보조식으로 사용될 수 있다.
촉매 담체 장착 부재가 케이싱 내에 삽입되었을 때 적절한 체적 밀도를 제공할 수 있도록 적합하게 압축되는 것이 양호하다. 압축 절차는 클램쉘(clamshell) 압축, 충진식 압축, 터니킷(Turnikit) 압축 등을 포함한다. 본 발명의 촉매 담체 장착 부재는 유리하게는 예를 들어 촉매 담체 장착 부재를 원통형 케이싱 내로 압력 하에서 밀어넣는 충진식 압축과 같은 절차에 의해 형성된 소위 충진 구조를 갖는 촉매 컨버터의 제작을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 촉매 컨버터는 여러 유형의 촉매 컨버터를 포함할 수 있다. 양호하게는, 촉매 컨버터는 단일체로 형성된 촉매 요소, 즉 단일체 촉매 컨버터를 갖춘 것이다. 촉매 컨버터가 벌집형 단면을 각각 갖는 작은 통로를 갖는 촉매 요소로 구성되기 때문에, 이는 종래 기술의 펠릿형 촉매 컨버터와 비교하여 작고, 따라서 배기 가스와의 접촉 면적을 적절하게 보장하면서 배기 가스 저항을 억제할 수 있어서, 배기 가스를 더욱 효율적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 촉매 컨버터는 유리하게는 여러 유형의 내연 기관 엔진과 조합하여 배기 가스를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 촉매 컨버터는 승용차, 버스, 및 트럭과 같은 자동차의 배기 시스템 상에 장착되었을 때, 우수한 기능 및 효과를 적절하게 보일 수 있다.
도3은 컨버터의 주요 부분이 구조를 쉽게 이해하도록 단면으로 도시되어 있는, 본 발명에 따른 촉매 컨버터의 전형적인 예를 도시하는 측면도이다. 또한, 도4는 선 A-A를 따라 취한 도3의 촉매 컨버터의 단면도이다. 이러한 도면으로부터 이해되는 바와 같이, 촉매 컨버터(10)는 금속 케이싱(4), 금속 케이싱(4) 내에 배열된 단일체 고체 촉매 담체(1), 및 금속 케이싱(4)과 촉매 담체(1) 사이에 배열된 본 발명의 촉매 담체 장착 부재(2)를 갖추고 있다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 촉매 담체 장착 부재(2)는 소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트로 구성되고, 매트는 상이한 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 적어도 2가지 유형의 결합제들, 예를 들어 아크릴 라텍스의 조합으로 함침되는 것을 특징으로 한다. 절두 원추형 형상을 각각 갖는 배기 가스 입구(12) 및 배기 가스 출구(13)가 촉매 컨버터(10)에 부착된다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 촉매 컨버터(10)에 대해, 촉매 담체(1)와 촉매 담체 장착 부재(2) 사이에 접착제 및 압력 감응식 접착 시트와 같은 결합 수단을 사용하는 것이 기본적으로 불필요하다. 그러나, 그러한 결합 수단은 본 발명의 기능 및 효과에 대해 악영향을 미치지 않고 오히려 촉매 담체(1)와 촉매 담체 장착 부재(2) 사이의 접착을 개선하고, 봉입 작업을 촉진하는 효과가 예상될 수 있으면, 보조적으로 사용될 수 있다. 보통, 결합 수단은 양호하게는 부분적으로 사용된다. 또한, 보호 코팅이 대체로 불필요하지만, 촉매 담체 장착 부재(2)는 표면을 손상으로부터 보호하기 위한 보호 코팅을 가질 수 있다.
구체적으로 설명되면, 케이싱 내의 고체 촉매 담체는 보통 복수의 배기 가스 통로를 구비한 벌집형 구조를 갖는 세라믹 담체로 구성된다. 본 발명의 촉매 담체 장착 부재는 그를 촉매 담체 둘레에 권취함으로써 적용된다. 촉매 담체 보유 또는 장착 부재는 단열 부재로서의 그의 기능에 추가하여, 촉매 담체를 금속 케이싱 내에 보유하고, 촉매 담체와 금속 케이싱 사이에 형성된 갭을 밀봉한다. 결과적으로, 촉매 담체 장착 부재는 배기 가스가 촉매 담체를 우회하는 것을 방지할 수 있거나, 또는 적어도 그러한 원치 않는 유동을 최소의 수준으로 억제할 수 있다. 또한, 촉매 담체는 금속 케이싱 내에 견고하고 탄성적으로 지지될 수 있다.
본 발명의 촉매 컨버터에서, 금속 케이싱은 원하는 기능, 효과 등에 따라 임의의 형상으로, 당업자에게 공지된 다양한 금속 재료로부터 준비될 수 있다. 적합한 금속 케이싱은 스테인리스강으로 만들어지고, 도3에 도시된 바와 같은 형상을 갖는다. 당연히, 적합한 형상을 갖는 금속 케이싱이 철, 알루미늄, 티타늄, 또는 이러한 금속의 합금으로부터 선택적으로 제작될 수 있다.
금속 케이싱의 제작과 유사하게, 고체 촉매 담체는 종래의 촉매 컨버터의 제작 시에 사용된 것과 유사한 재료로부터, 유사한 형상으로 제작될 수 있다. 적합한 촉매 담체는 당업자에게 공지되고, 금속, 세라믹 등으로부터 제작되는 것을 포함한다. 유용한 촉매 담체는 예를 들어 미국 재발행 특허 제27,747호에 개시되어 있다. 또한, 세라믹 촉매 담체는 예를 들어 미국의 코닝 인크.(Corning Inc.)로부터 상업적으로 구입 가능하다. 예를 들어, 벌집형 세라믹 촉매 담체가 코닝 인크.로부터 "셀코(CELCOR)"라는 상표명으로 구입 가능하고, 다른 것은 엔지케이 인슐레이티드 엘티디.(NGK Insulated Ltd.)로부터 "허니세람(HONEYCERAM)"이라는 상표명 으로 구입 가능하다. 금속 촉매 담체는 예를 들어 독일의 베르 게엠베하 운트 코.(Behr GmbH and Co.)로부터 상업적으로 구입 가능하다. 촉매 단일체의 상세한 설명은 예를 들어 미국 자동차 공학회 논문(SAE Techn. Paper) 제900,500호, 스트룸(Stroom) 등의 "자동차 촉매 컨버터를 위한 패키징 설계에 대한 시스템 접근(System Approach to Packaging Design for Automotive Catalytic Converters)", 미국 자동차 공학회 논문 제800,082호, 호윗(Howitt)의 "단일체 촉매 지지체로서의 박벽 세라믹(Thin Wall Ceramics as Monolithic Catalytic Support)", 및 미국 자동차 공학회 논문 제740,244호, 호윗 등의 "단일체 벌집 자동차 촉매 컨버터 내의 유동 효과(Flow Effect in Monolithic Honeycomb Automotive Catalytic Converter)"에서 찾아볼 수 있다는 것을 알아야 한다.
위에서 설명된 촉매 담체 상에 지지되는 촉매는 보통 금속(예를 들어, 백금, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 니켈, 및 팔라듐), 및 금속 산화물(예를 들어, 오산화바나듐 및 이산화티타늄)이고, 양호하게는 코팅의 형태로 사용된다. 그러한 촉매 코팅의 상세한 설명은 예를 들어 미국 특허 제3,441,381호에서 찾아볼 수 있다는 것을 알아야 한다.
본 발명의 실시에서, 촉매 컨버터는 제작이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않는 한, 다양한 구조로, 다양한 방법에 의해 선택적으로 제작될 수 있다. 촉매 컨버터는 기본적으로 예를 들어 금속 케이싱 내에 벌집형 세라믹 촉매 담체를 수용함으로써 제작될 수 있다. 또한, 백금, 로듐, 또는 팔라듐과 같은 귀금속으로 구성된 촉매 층(촉매 코팅)이 벌집형 세라믹 단일체 상에 지지되어 최종 촉매 담체 (촉매 요소)를 제공하는 것이 특히 적합하다. 이러한 제작 공정의 사용은 비교적 높은 온도에서 효과적인 촉매 작용을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 촉매 담체 장착 부재는 금속 케이싱과 촉매 요소 사이에 배열된다. 촉매 담체 장착 부재는 소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트, 블랭킷(blanket) 등으로 구성된다. 촉매 담체 장착 부재는 하나의 부재로부터 형성될 수 있거나, 부재들의 라미네이션 또는 결합을 통해 둘 이상의 부재로부터 형성될 수 있다. 촉매 담체 장착 부재가 취급 특성의 관점에서 매트 또는 블랭킷과 같은 형태를 갖는 것이 보통 유리하지만, 촉매 담체 장착 부재는 선택적으로 다른 형태를 가질 수 있다. 촉매 담체 장착 부재의 크기는 그의 용도 등에 따라 광범위하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 매트형 촉매 담체 장착 부재가 자동차 촉매 컨버터 내로 삽입될 때, 촉매 담체 장착 부재는 보통 약 1.5 내지 15 mm의 매트 두께, 약 200 내지 500 mm의 폭, 및 약 100 내지 1,500 mm의 길이를 갖는다. 그러한 촉매 담체 장착 부재는 선택적으로 원하는 형상 및 크기를 얻기 위해 가위, 커터 등으로 절단될 수 있다.
촉매 담체 장착 부재는 양호하게는 무기 섬유 재료, 더욱 양호하게는 알루미나 섬유를 함유하는 무기 섬유 재료로부터 형성된다. 또한, 무기 섬유 재료는 2가지 이상의 유형의 알루미나 섬유들의 조합을 포함할 수 있지만, 다른 무기 재료가 필요하다면, 촉매 담체 장착 부재를 형성하기 위해 알루미나 섬유와 조합하여 사용될 수 있다. 사용 가능한 무기 재료의 예는 실리카 섬유, 유리 섬유, 벤토나이트, 베르미큘라이트, 및 그래파이트를 포함하지만, 예는 위에서 언급된 재료로 제한되 지 않는다. 이러한 무기 재료는 단독으로 사용될 수 있거나, 적어도 2가지 유형의 무기 재료들이 조합되어 사용되도록 혼합될 수 있다.
촉매 담체 장착 부재를 형성하는 무기 섬유는 양호하게는 알루미나(Al2O3) 및 실리카 (SiO2)를 함유하는 무기 섬유를 포함한다. 본원에서 사용되는 무기 섬유는 알루미나 섬유 및 실리카 섬유의 2가지 성분을 포함하고, 알루미나 섬유 대 실리카 섬유의 혼합비는 양호하게는 약 40:60 내지 96:4이다. 알루미나 섬유 대 실리카 섬유의 혼합비가 상기 범위 밖에 있을 때, 예를 들어 혼합비가 40% 미만일 때, 열 저항의 열화와 같은 문제가 발생한다.
무기 섬유의 두께(평균 직경)에 대한 구체적인 제한이 없지만, 이는 적절하게는 약 2 내지 7 ㎛의 평균 직경을 갖는다. 무기 섬유가 약 2 ㎛ 미만의 평균 직경을 가지면, 섬유는 취성이 되어, 불충분한 강도를 갖기 쉽다. 역으로, 무기 섬유가 약 7 ㎛를 초과하는 평균 직경을 가지면, 촉매 담체 장착 부재는 거의 형성되지 않는 경향이 있다.
또한, 그의 두께와 유사하게, 무기 섬유의 길이에 대한 구체적인 제한은 없다. 그러나, 무기 섬유는 적합하게는 약 0.5 내지 50 mm의 평균 길이를 갖는다. 무기 섬유의 평균 길이가 약 0.5 mm 미만이면, 무기 섬유가 사용되는 촉매 담체 장착 부재를 형성하는 효과가 달성될 수 없다. 역으로, 길이가 약 50 mm를 초과하면, 무기 섬유의 취급 특성이 열악해지기 때문에, 촉매 담체 장착 부재를 원활한 공정으로 제작하는 것이 어려워진다.
대안적으로, 본 발명의 실시에서, 주로 알루미나 섬유의 라미네이팅된 시트로 구성된 알루미나 섬유 매트 또한 유리하게 사용될 수 있다. 그러한 알루미나 섬유 매트에 대해, 알루미나 섬유의 평균 길이는 보통 약 20 내지 200 mm이고, 섬유의 두께(평균 직경)는 보통 1 내지 40 ㎛이다. 또한, 알루미나 섬유는 양호하게는 약 70/30 내지 74/26의 Al2O3/SiO2 중량비를 갖는 멀라이트 성분을 갖는다.
위에서 설명된 알루미나 섬유 매트는 예를 들어 알루미늄 산염화물과 같은 알루미나 공급원, 실리카 졸과 같은 실리카 공급원, 폴리(비닐 알코올)과 같은 유기 결합제, 및 물의 혼합물로 구성된 저장 스피닝 용액으로부터 제작될 수 있다. 즉, 스피닝된 알루미늄 섬유 전구체가 라미네이팅되어 시트를 형성하고, 이는 그 다음 양호하게는 니들 펀칭된다. 펀칭된 시트는 보통 약 1,000 내지 1,300℃의 높은 온도에서 소결된다.
위에서 언급된 니들 펀칭은 보통 라미네이팅된 표면에 대해 수직인 방향으로 섬유의 일부를 배향하는 효과를 갖는다. 그러므로, 시트 내의 알루미나 섬유 전구체의 일부는 시트를 관통하고, 수직 방향으로 배향되어 시트를 견고하게 결착한다. 결과적으로, 시트의 체적 비중은 증가되고, 층들 사이에서의 탈리 및 변위가 방지된다. 니들 펀칭 밀도가 폭넓게 변경될 수 있지만, 이는 보통 약 1 내지 50 펀칭/cm2이다. 매트의 두께, 체적 비중, 및 강도는 니들 펀칭 밀도에 의해 조정된다.
위에서 설명된 바와 같은 알루미나 섬유 매트의 제작 시에, 알루미나 섬유 이외의 세라믹 재료 및 무기 팽창성 재료가 선택적으로 알루미나 섬유에 첨가될 수 있다. 이러한 경우에, 첨가제가 매트와 균일하게 혼합될 수 있지만, 이는 또한 가열되는 부분이 특별히 회피되면서 국소화되도록 첨가될 수 있다. 따라서, 첨가제는 첨가제의 특성이 유지되면서, 저비용으로 첨가될 수 있다. 세라믹 섬유의 예는 실리카 섬유, 유리 섬유 등을 포함하고, 무기 팽창성 재료의 예는 벤토나이트, 팽창성 베르미큘라이트, 팽창성 그래파이트 등을 포함한다.
본 발명에 따른 촉매 담체 장착 부재는 양호하게는 건식 공정에 의해 제작된다. 이는 (무기 섬유와 유기 섬유를 혼합하는 단계, 무기 섬유를 개방하는 단계, 슬러리를 준비하는 단계, 제지 절차에 의해 성형하는 단계, 및 성형 본체를 형성하기 위해 가압하는 단계를 각각 포함하는) 습식 공정에 의해 제작되는 종래의 촉매 담체 장착 부재와 대조적이다. 건식 공정은 기본적으로 임의의 공지된, 종래의 방법을 사용함으로써 구성될 수 있다. 전형적으로, 니들 펀칭 등을 이용하는 건식 공정은 위에서 설명된 바와 같이 유리하다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 촉매 담체 장착 부재는 매트가 촉매 담체의 외부 주연 표면 둘레에 권취된 채로, 케이싱과 케이싱 내에 삽입된 촉매 담체 사이에 삽입되는 소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트로 구성된다. 매트형 촉매 담체 장착 부재는 본 발명에 따라 상이한 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 적어도 2가지 유형의 결합제들로 함침되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시에서, 매우 다양한 종래의 결합제가 섬유 재료를 결합 및 고정하기 위해 사용될 수 있다. 결합제의 적합한 예는 수지성 재료, 예를 들어 부타디엔-스티렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리비닐 아세테이트 및 아크릴 수지와 같은 천연 또는 합성 중합체 재료, 또는 폴리비닐 알코올과 같은 유기 재료를 포함한다. 양호하게는, 아크릴 라텍스가 결합제로서 사용될 수 있다.
즉, 본 발명의 촉매 담체 장착 부재에서, 섬유 재료의 매트가 특히 결합제로서 아크릴 라텍스로 함침되고, 또한 결합제로서 사용되는 아크릴 라텍스가 비교적 낮은 Tg를 갖는 적어도 하나의 아크릴 라텍스 및 낮은 Tg의 아크릴 라텍스보다 높은 Tg를 갖는 적어도 하나의 아크릴 라텍스의 조합인 것이 양호하다. 본 발명에 따르면, 상이한 Tg를 갖는 아크릴 라텍스 결합제들의 사용에 의해, 아크릴 라텍스로 함침된 종래의 촉매 담체 장착 부재에서 예상될 수 없는 현저한 작용 및 기능을 얻는 것이 가능해진다. 특히, 비교적 낮은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스의 사용은 섬유 조각의 방출을 효과적으로 방지하는 것을 가능케 하고, 비교적 높은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스의 사용은 촉매 담체 장착 부재의 면적 압력 또는 압축력의 감소를 방지하는 것을 가능케 하여, 증가된 면적 압력의 안정된 유지를 보장한다. 특히, 본 발명에 따르면, 면적 압력의 감소의 문제는 낮은 Tg의 아크릴 라텍스와 조합된 높은 Tg의 아크릴 라텍스를 사용함으로써 해결될 수 있지만, 종래의 촉매 담체 장착 부재에서는, 아크릴 라텍스가 섬유 조각의 방출을 방지할 목적으로 촉매 담체 장착 부재의 중심 부분 둘레 내로 깊이 함침되면, 부재의 면적 압력이 감소될 수 있다는 것이 일반적으로 인식되어 있다. 더욱 현저하게는, 낮은 Tg 및 높은 Tg의 아크릴 라텍스들이 위에서 설명된 바와 같은 이러한 아크릴 라텍스로부터 유래하는 기능을 동시에 얻기 위해 조합되어 사용되므로, 소량의 함침된 아크릴 라텍스로 만족스러운 결합 기능을 달성하는 것이 가능해져서, 다량의 아크릴 라텍스의 사용으 로 인한 센서에 대한 악영향을 회피하지만, 종래 기술에서는 비교적 다량의 아크릴 라텍스가 충분한 결합 기능을 얻기 위해 함침되어야 했다.
본 발명의 촉매 담체 장착 부재에서, 부재 내에 함침되는 아크릴 라텍스는 위에서 설명된 예상되는 기능 및 효과를 제공할 수 있으며 촉매 담체 장착 부재의 특징 등에 대해 악영향을 미치지 않는 한, 매우 다양한 아크릴 라텍스를 포함할 수 있다. 필요하다면, 상업적으로 구입 가능한 아크릴 라텍스는 구입한 그대로 사용될 수 있거나, 본 발명의 사용 대상에 따른 선택적인 변형 후에 사용될 수 있다. 적합한 아크릴 라텍스는 물 또는 다른 매체 내에서 아크릴 라텍스를 확산시킴으로써 준비된 콜로이드 확산물을 포함한다.
본 발명의 실시에서, 사용되는 아크릴 라텍스는 대체로 약 -50 내지 50℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 그러한 광범위한 Tg를 갖는 아크릴 라텍스 중에서, 높은 Tg의 아크릴 라텍스 및 낮은 Tg의 아크릴 라텍스의 가장 적합한 조합은 촉매 담체 장착 부재의 구성 및 촉매 컨버터 내에서 요구되는 특징과 같은 인자에 따라 선택되고 결정될 수 있다. 본 발명자는 약 15 내지 45℃의 Tg를 갖는 제1 아크릴 라텍스 및 약 -45 내지 15℃의 Tg를 갖는 제2 아크릴 라텍스의 조합이 본 발명에서 적합하다는 것을 발견했지만, 본 발명은 이러한 조합으로 제한되지 않아야 한다.
일반적으로, 아크릴 라텍스는 양호하게는 촉매 담체 장착 부재 내에 실질적으로 균일하게 확산된 후에 사용된다. 즉, 촉매 담체를 둘러싸는 매트형 촉매 담체 장착 부재가 그의 두께에 대해 관찰될 때, 아크릴 라텍스가 촉매 담체 장착 부재 내에서 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 확산되는 것이 양호하다.
더욱이, 위에서 설명된 바와 같이, 아크릴 라텍스는 종래의 촉매 컨버터와 비교하여 감소된 양으로 촉매 담체 장착 부재 내에 함침될 수 있다. 아크릴 라텍스의 함침 함량이 소량 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있지만, 이는 일반적으로 약 0.1 내지 5 중량%의 범위, 양호하게는 약 0.1 내지 3 중량%의 범위 내이다.
아크릴 라텍스에 의한 촉매 담체 장착 부재의 함침은 위에서 설명된 바와 같이, 유리하게는 공지된 종래의 기술, 즉 침지, 분사, 코팅 등으로 수행될 수 있다. 특히, 침지 방법은 촉매 담체 장착 부재가 용기의 준비 후에 아크릴 라텍스를 담는 용기 내에 완전히 침지될 수 있기 때문에, 간단하고 경제적이다. 또한, 침지 방법에 따르면, 아크릴 라텍스가 촉매 담체 장착 부재의 전부분 내에서 실질적으로 함침될 수 있는 효과가 얻어질 수 있다. 함침 후에, 아크릴 라텍스는 자연 건조되거나 적합한 온도로 가열함으로써 건조될 수 있다.
예
본 발명은 그의 예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 본 발명은 예로 제한되지 않아야 한다는 것을 알아야 한다.
예 1:
0.4 g/cm3의 매트 표면 밀도를 갖는 니들 펀칭된 알루미나 섬유 매트(미쯔비시 케미컬 펑셔널 프로덕츠 인크.(Mitsubishi Chemical Functional Products Inc.)에 의해 제조되는 상품명 "마프텍(MAFTEC)")가 제공되었다. 알루미나 섬유 매트의 크기는 260 mm 길이, 90 mm 폭, 및 12.5 mm 두께였다. 다음으로, 다음의 표 1에서 설명되는 총 8개 유형의 아크릴 라텍스(유기 결합제)가 각각 10 리터의 물로 희석되어, 라텍스 침지조를 준비했다. 알루미나 섬유 매트는 매트의 전부분 내에 아크릴 라텍스를 균일하게 확산시키도록 각각의 라텍스 침지조 내에 침지되었다. 초과량의 아크릴 라텍스는 와이어 메시 상에 흡수되었고, 아크릴 라텍스로 함침된 알루미나 섬유 매트는 오븐 내로 도입되어 180℃의 온도에서 건조되어, 약 50%의 함수량을 얻었다. 그 후에, 알루미나 섬유 매트는 145℃에서 원통형 건조기를 사용함으로써 완전 건조되었다. 각각의 건조된 결합제-함침 알루미나 섬유 매트에서, 아크릴 라텍스의 함침량을 표시하는 유기 성분의 함량은 0.5 중량%였다. 결과적인 결합제-함침 알루미나 섬유 매트는 실온에서 저장되었다.
건조된 결합제-함침 알루미나 섬유 매트는 분리되어 제공된 [엔지케이 인슐레이터즈, 엘티디.(NGK Insulators, Ltd.)에 의해 제조되는] 78 mm 외경 및 100 mm 길이의 크기를 갖는 원통형 단일체의 외부 주연 표면 둘레에 권취되었다. 다음으로, 알루미나 섬유 매트가 둘레에 권취된 촉매 담체는 40 mm/sec의 속도로 안내 콘과 함께 78 mm 내경 및 100 mm 길이의 크기를 갖는 원통형 스테인리스강 케이싱 내에 충진되었다. 결과적인 촉매 컨버터에서, 촉매 담체의 보유 시에 문제를 일으키는 매트의 변위 또는 변형과 같은 결함이 관찰되지 않았다.
결합제 제조사 Tg(℃) pH 점도 (mPa·s) 고형물 함량 (%)
LX816 제온 코포레이션 -10 2 30 42
LX814 제온 코포레이션 25 6 30 46
LX844 제온 코포레이션 32 7.5 70 40
LX811 제온 코포레이션 1 6.5 170 50
LX821 제온 코포레이션 -13 8.3 700 55
K-3 롬 앤드 하스 컴퍼니 -27 3 6000 46
HA-16 롬 앤드 하스 컴퍼니 35 2.9 500 45.5
ST-954 롬 앤드 하스 컴퍼니 -23 3.5 400 45.5
평가 테스트:
위에서 설명된 방법에 따라 제작된 여러 유형의 유기 결합제-함침 알루미나 섬유 매트(유기물 함량: 0.5 중량%)가 다음의 방식에 따라 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 대해 테스트되어, 도5 및 도6에 도시된 결과를 얻었다.
[섬유 조각 방출의 결정]
일본 산업 표준(JIS K-6830)에 설명된 충격 테스트 기계가 이러한 표준에 설명된 지침에 따라 충격 테스트를 수행하도록 사용되었다. 충격 테스트는 다음의 단계 (1) 내지 (4)로 실행되었다.
(1) 총 8개 유형의 결합제-함침 알루미나 섬유 매트(크기: 250 mm x 250 mm)가 위에서 설명된 방법에 따라 제작되었다. 다음으로, 테스트 샘플(크기: 100 mm x 100 mm)이 펀칭 성형으로 각각의 알루미나 섬유 매트로부터 제작되었고, 그의 중량이 측정되었다.
(2) 테스트 샘플은 JIS K-6830에 설명된 충격 테스트 기계 내에 설치되었고, 충격이 30°의 각도로 인가되었다.
(3) 면적 충격의 인가 후에, 테스트 샘플은 기계로부터 제거되었고, 그의 중량이 다시 측정되었다.
(4) 섬유 조각의 방출량이 테스트 전후의 테스트 샘플 중량의 변동으로부터 계산되었다. 도5에 도시된 섬유 조각의 방출(중량%)이 이렇게 얻어졌다.
[상온에서의 면적 압력의 결정]
(1) 총 8개 유형의 결합제-함침 알루미나 섬유 매트(크기: 250 mm x 250 mm)가 위에서 설명된 방법에 따라 제작되었다. 다음으로, 원형 테스트 샘플(직경: 45 mm)이 펀칭 성형으로 각각의 알루미나 섬유 매트로부터 제작되었고, 그의 중량이 측정되었다.
(2) 0.3 g/cc의 충전 밀도를 얻기 위해 필요한 매트의 두께가 측정된 중량으로부터 계산되었다.
(3) 테스트 샘플은 압축 테스트 기계[엠티에스 코.(MTS Co.)에 의해 제작된 모델 "976.29-32"]의 압축판의 중심 부분 내에 설치되었고, 테스트 샘플은 매트 두께가 상기 절차에 의해 계산된 소정의 두께로 변화될 때까지, 20 mm/min의 속도로 압축되었다. 피크에서의 압축력 또는 압력(면적 압력)이 X-Y 기록계로 실온에서 결정되었다. 도6에 도시된 실온에서의 면적 압력(kPa)이 이렇게 얻어졌다.
도5에 도시된 섬유 조각 방출의 그래프 및 도6에 도시된 실온에서의 면적 압력의 그래프로부터, 비교적 낮은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스가 결합제로서 사용될 때, 섬유 조각의 방출이 방지될 수 있지만, 면적 압력의 감소는 회피될 수 없다는 것이 이해된다. 이와 대조적으로, 비교적 높은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스가 결합제로서 사용될 때, 면적 압력은 증가될 수 있지만, 동시에 섬유 조각의 방출은 증가된다. 바꾸어 말하면, 비교적 낮은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스가 비교적 높은 Tg를 갖는 아크릴 라텍스와 조합되어 사용될 때, 면적 압력은 섬유 조각의 방출을 억제하면서, 높게 유지될 수 있다는 것이 이해된다.
예 2:
총 8개 유형의 결합제-함침 알루미나 섬유 매트가 예 1에서 설명된 방법에 따라 제작되었고, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력이 예 1에서 설명된 방식으로 각각의 알루미나 섬유에서 결정되었다. 이러한 예에서, 섬유 조각의 방출 및 상온에서의 면적 압력에 대해 아크릴 라텍스의 함침량의 효과를 동시에 평가하기 위해, 알루미나 섬유 매트 내의 유기 성분의 함량이 0.5 및 3.5 중량%로 변화되었다는 것을 알아야 한다. 결과가 다음의 표 2에 요약되어 있다.
결합제 Tg(℃) 섬유 방출(중량%) 실온에서의 면적 압력(kPa)
유기물 함량 0.5% 유기물 함량 3.5% 유기물 함량 0.5% 유기물 함량 3.5%
K-3 -27 0.032 0.000 142.7 132.4
ST-954 -23 0.022 0.011 156.9 143.2
LX821 -13 0.048 0.011 158.0 152.7
LX816 -10 0.028 0.002 145.8 120.4
LX811 1 0.047 0.004 149.3 151.8
LX814 25 0.129 0.089 144.3 222.8
LX844 32 0.118 0.084 170.1 269.5
HA-16 35 0.128 0.062 141.0 231.9
표 2에 설명된 결과로부터, 결합제인 아크릴 라텍스의 함침량이 증가되었을 때, 섬유 조각의 방출은 기술 분야에 공지된 바와 같이 방지될 수 있다는 것이 이해된다. 더욱이, 결합제로서 사용되는 아크릴 라텍스가 실온(20℃)보다 높지 않은 Tg를 가질 때, 섬유 조각의 방출을 방지하는 결과적인 효과가 현저하게 높다는 것이 이해된다. 또한, 결합제로서 사용되는 아크릴 라텍스가 낮은 온도 범위(가능하게는, 10℃보다 높지 않은 온도)의 Tg를 가질 때, 실온에서의 면적 압력이 감소될 수 있다는 것이 이해된다. 대조적으로, 결합제로서 사용되는 아크릴 라텍스가 대체로 실온 이상의 Tg를 가질 때, 실온에서의 면적 압력이 증가될 수 있다는 것이 이해된다.
예 3:
결합제-함침 알루미나 섬유 매트가 예 1에서 설명된 방법에 따라 제작되었고, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력이 예 1에서 설명된 방식으로 각각의 알루미나 섬유 매트에서 결정되었다. 이러한 예에서, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 대해 2개의 아크릴 라텍스의 조합된 사용의 효과를 평가하기 위해, 아크릴 라텍스(표 1에 설명된 LX816 및 LX844)가 도7에서 설명되는 바와 같이 단독으로 또는 조합(혼합비: 1:1, 1:4, 1:7)되어 사용되었다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 알루미나 섬유 내의 유기 성분의 함량은 각각의 테스트 샘플 내에서 3 중량%였다. 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 관한 측정 결과가 요약되어, 도7에 도시된 그래프를 얻었다.
섬유 조각의 방출과 실온에서의 면적 압력 사이의 관계를 도시하는 그래프로부터, 상이한 Tg를 갖는 2가지 유형의 아크릴 라텍스가 결합제로서 조합되어 사용될 때, 증가된 면적 압력 및 낮은 수준의 섬유 조각 방출이 그러한 현저한 효과를 달성하는 것이 불가능했던 아크릴 라텍스의 단독 사용과 대조적으로, 도7의 점선 영역 내에서 명백한 바와 같이 동시에 실현될 수 있다는 것이 이해된다.
예 4:
결합제-함침 알루미나 섬유 매트가 예 1에서 설명된 방법에 따라 제작되었고, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력이 예 1에서 설명된 방식으로 각각의 알루미나 섬유 매트에서 결정되었다. 이러한 예에서, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 대해 2개의 아크릴 라텍스의 조합된 사용의 효과를 평가하기 위해, 아크릴 라텍스(표 1에서 설명된 LX816, LX814, LX844, K-3)가 다음의 표 3에서 설명되는 바와 같이 2개의 아크릴 라텍스의 혼합물(혼합비: 1:1)로서 사용되었다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 이러한 예에서, 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 대한 아크릴 라텍스의 함침량의 효과를 평가하기 위해, 알루미나 섬유 매트 내의 유기 성분의 함량이 0.5 및 3.5 중량%로 변화되었다. 섬유 조각의 방출 및 실온에서의 면적 압력에 관한 측정 결과가 요약되어, 아래에서 설명되는 표 3을 얻었다.
제1 결합제 제2 결합제 섬유 방출(중량%) 실온에서의 면적 압력(kPa)
유기물 함량 0.5% 유기물 함량 3.5% 유기물 함량 0.5% 유기물 함량 3.5%
LX816 LX814 0.058 154.2 0.013 180.1
LX816 LX844 0.047 156.7 0.026 201.2
K-3 LX844 0.020 165.1 0.028 171.2
표 3에서 설명된 측정 결과로부터, 면적 압력의 증가에 기여할 수 있는 아크릴 라텍스 및 섬유 조각의 방출 방지에 기여할 수 있는 아크릴 라텍스가 조합되어 사용될 때, 면적 압력의 증가 및 섬유 조각의 방출 억제를 동시에 달성하는 것이 가능해진다는 것이 이해된다.

Claims (13)

  1. 오염 제어 장치의 케이싱 내에 오염 제어 요소를 장착하기 위해 적합한 오염 제어 요소 장착 부재이며,
    소정의 두께를 갖는 섬유 재료의 매트를 포함하고,
    매트는 내부에 함침된 상이한 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 적어도 2가지 유형의 결합제들의 조합을 갖는 오염 제어 요소 장착 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 아크릴 라텍스인 오염 제어 요소 장착 부재.
  3. 제2항에 있어서, 아크릴 라텍스는 15 내지 45℃의 Tg를 갖는 제1 아크릴 라텍스 및 -45 내지 15℃의 Tg를 갖는 제2 아크릴 라텍스의 조합인 오염 제어 요소 장착 부재.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 섬유 재료의 매트 내의 아크릴 라텍스의 총 함량은 0.1 내지 5 중량%의 범위 내에 있는 오염 제어 요소 장착 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료는 알루미나 함유 섬유를 포함하는 무기 섬유 재료인 오염 제어 요소 장착 부재.
  6. 제5항에 있어서, 무기 섬유 재료는 알루미나 함유 섬유와 조합된 실리카 섬유 및/또는 유리 섬유를 더 포함하는 오염 제어 요소 장착 부재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료의 매트는 건식 공정에 의해 형성되는 오염 제어 요소 장착 부재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염 제어 요소는 촉매 담체인 오염 제어 요소 장착 부재.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염 제어 요소는 필터 요소인 오염 제어 요소 장착 부재.
  10. 케이싱과, 케이싱 내에 제공된 오염 제어 요소와, 케이싱과 오염 제어 요소 사이에 배열된 오염 제어 요소 장착 부재를 포함하는 오염 제어 장치이며,
    오염 제어 요소 장착 부재는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 오염 제어 요소 장착 부재인 오염 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오염 제어 요소는 촉매 담체이고, 상기 오염 제어 장치는 촉매 컨버터인 오염 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 오염 제어 요소는 필터 요소이고, 상기 오염 제어 장치는 배기 정화 장치인 오염 제어 장치.
  13. 내연 기관 엔진용 배기 시스템이며, 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 오염 제어 장치를 포함하는 배기 시스템.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4665618B2 (ja) * 2005-06-10 2011-04-06 イビデン株式会社 保持シール材の製造方法
JP4268182B2 (ja) * 2006-09-29 2009-05-27 イビデン株式会社 排気ガス処理装置およびその製造方法
WO2009009600A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 3M Innovative Properties Company Pollution control devices, reinforced mat material for use therein and methods of making same
JP4918433B2 (ja) * 2007-08-09 2012-04-18 ニチアス株式会社 触媒コンバーター、触媒コンバーター用保持材及びその製造方法
JP2009257422A (ja) 2008-04-15 2009-11-05 Ibiden Co Ltd 保持シール材、及び、排ガス浄化装置
CN101715508B (zh) 2008-07-10 2012-07-25 揖斐电株式会社 保持密封材料、废气净化装置及废气净化装置的制造方法
DE102010040453A1 (de) * 2010-09-09 2012-03-15 Robert Bosch Gmbh Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Eindosierung eines Mediums in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
US20120110983A1 (en) * 2010-11-08 2012-05-10 Charles Anthony Griffith Diesel exhaust treatment apparatus
JP5971894B2 (ja) * 2011-01-31 2016-08-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 汚染コントロール要素用保持材、その製造方法及び汚染コントロール装置
JP2014202187A (ja) * 2013-04-09 2014-10-27 イビデン株式会社 保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置
JP2014202188A (ja) * 2013-04-09 2014-10-27 イビデン株式会社 保持シール材、保持シール材の製造方法、及び、排ガス浄化装置
JP6419556B2 (ja) * 2014-12-03 2018-11-07 イビデン株式会社 保持シール材及び排ガス浄化装置
EP3141648B1 (en) * 2015-09-08 2018-07-18 3M Innovative Properties Company Mounting member for wrapping and mounting a pollution control element
JP7085819B2 (ja) 2017-10-31 2022-06-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 排気ガス処理装置用保持材、その製造方法及び排気ガス処理装置
CN112313400A (zh) 2018-06-21 2021-02-02 3M创新有限公司 垫材料、其制造方法、污染控制装置和隔热结构
JP7224156B2 (ja) * 2018-11-30 2023-02-17 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー マット材及びその製造方法、並びに、無機接着シート、汚染コントロール装置及び断熱構造体
CN114846227A (zh) 2019-12-17 2022-08-02 3M创新有限公司 隔热结构及其制造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3441381A (en) * 1965-06-22 1969-04-29 Engelhard Ind Inc Apparatus for purifying exhaust gases of an internal combustion engine
US4863700A (en) * 1985-04-16 1989-09-05 Stemcor Monolithic catalytic converter mounting arrangement
US4999168A (en) * 1989-05-01 1991-03-12 The Carborundum Company Crack resistant intumescent sheet material
JPH0662932B2 (ja) * 1990-12-28 1994-08-17 日本ピラー工業株式会社 耐熱膨脹性部材
DK0555950T3 (da) * 1992-02-11 1997-06-09 Zeneca Ltd Dispersion
US5996228A (en) * 1995-04-13 1999-12-07 Mitsubishi Chemical Corporation Monolith-holding element, process for producing the same, catalytic converter using a monolith member and process for producing the same
US5523059A (en) * 1995-06-30 1996-06-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Intumescent sheet material with glass fibers
US5686039A (en) * 1995-06-30 1997-11-11 Minnesota Mining And Manufacturing Company Methods of making a catalytic converter or diesel particulate filter
GB9723111D0 (en) * 1997-11-03 1998-01-07 Ici Plc Composite mat
JP4042305B2 (ja) * 2000-06-21 2008-02-06 イビデン株式会社 排気ガス浄化用触媒コンバータの保持シール材
JP2002302875A (ja) * 2001-04-02 2002-10-18 Mitsubishi Chemicals Corp 耐熱性マット及びその製造方法ならびに排気ガス浄化用触媒コンバータ
CA2690461C (en) * 2001-07-06 2010-12-21 3M Innovative Properties Company Inorganic fiber substrates for exhaust systems and methods of making same
MXPA04002780A (es) * 2001-10-09 2004-07-29 3M Innovative Properties Co Composiciones que contienen fibras inorganicas biosolubles y aglomerantes micaceos.
TW200301792A (en) * 2002-01-04 2003-07-16 Du Pont Bonded polyester fiberfill battings with a sealed outer surface having improved stretch capabilities
US7815995B2 (en) * 2003-03-03 2010-10-19 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Textured fabrics applied with a treatment composition
JP2005074243A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Three M Innovative Properties Co 汚染コントロール要素の保持材及び汚染コントロール装置

Also Published As

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CA2598036A1 (en) 2006-08-24

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