蜂窩結構體及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種蜂窩結構體及其制造方法。蜂窩結構體(20)具有多孔質的隔壁部(22)，所述多孔質的隔壁部(22)形成成為流體流路的多個孔格，隔壁部(22)的平均細孔徑為10μm～20μm，隔壁部(22)的體積V與氣孔的潤濕面積S的比即潤濕面積比R(＝S/V)為0.000239μm?1以上。蜂窩結構體(20)中，隔壁部(22)的氣孔率可以為50％～65％。蜂窩結構體(20)可以通過在原料混合工序中，在成形原料中含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20μm以上且吸水前為2質量份以上的吸水性聚合物、以及0.5質量份以上的氧化鋯來制造。
【專利說明】
蜂窩結構體及其制造方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及蜂窩結構體及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 以往，作為蜂窩結構體，已知具有多孔質的隔壁部的蜂窩結構體，該多孔質的隔壁 部形成成為流體流路的多個孔格(例如專利文獻1)。該蜂窩結構體在隔壁上擔載催化劑，被 用于凈化汽車廢氣的凈化裝置等中。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本特開2014-198315號公報
【發明內容】
[0006] 但是，在將蜂窩結構體用于廢氣的凈化裝置時，廢氣的凈化性能越高越優選。但 是，如果例如通過增加在蜂窩結構體上擔載的催化劑的量來意圖提高凈化性能，則會有例 如因催化劑使流路變窄等導致壓力損失增大這樣的問題。
[0007] 本發明是為了解決這樣的課題而完成的，其主要目的在于，提供在抑制壓力損失 增大的同時能夠提高廢氣凈化性能的蜂窩結構體。
[0008] 本發明為了實現上述主要目的，采用了以下手段。
[0009] 本發明的蜂窩結構體具有多孔質的隔壁部，該多孔質的隔壁部形成成為流體流路 的多個孔格，所述隔壁部的平均細孔徑為10M1~20M1，該隔壁部的體積V與氣孔的潤濕面積 S的比，即潤濕面積比R ( = S/V)為0.000239MT1以上。
[0010]該蜂窩結構體，通過多孔質的隔壁部的平均細孔徑為10M~20圓，該多孔質的隔 壁部形成成為流體流路的多個孔格，且潤濕面積比R為0.000239MT1以上，從而在之后在隔 壁部上擔載催化劑的狀態下，能夠抑制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。可認為，滿足上 述數值范圍的隔壁部形成有大量適度大小的氣孔且呈連通的狀態。其結果可認為是催化劑 易于填充到氣孔內，且在流路中流通的氣體易于在催化劑、隔壁部內擴散，能夠兼顧抑制壓 力損失的增大和高的廢氣凈化性能。需說明的是，這樣的本發明的蜂窩結構體，可以通過例 如后述的本發明的蜂窩結構體的第1、第2制造方法來得到。
[0011]本發明的蜂窩結構體中，所述隔壁部的氣孔率可以是50%~65%。
[0012] 本發明的蜂窩結構體可以在上述任一形態的所述隔壁部上擔載用于凈化廢氣的 催化劑。該蜂窩結構體能夠抑制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。在這種情況下，所述隔 壁部的氣孔中存在所述催化劑的部分的比例即催化劑填充率可以為70%以上。催化劑填充 率如果為70%以上，則易于得到抑制壓力損失增大的效果，并提高廢氣凈化性能。此外，所 述催化劑還可以至少含有用于凈化N0 X的催化劑成分。
[0013] 本發明的蜂窩結構體的第1制造方法包括：
[0014] 原料混合工序，將含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20WI1以上且吸水 前為2質量份以上的吸水性聚合物、0.5質量份以上的氧化鋯的成形原料進行混合而成為坯 土，
[0015]成形工序，將所述坯土成形為蜂窩形狀，得到蜂窩成形體，
[0016] 燒成工序，對所述蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部的蜂窩結構體， 所述多孔質的隔壁部形成成為流體流路的多個孔格。
[0017] 在該蜂窩結構體的第1制造方法中，在原料混合工序中，使成形原料中含有吸水后 的平均粒徑為20wii以上且吸水前為2質量份以上的吸水性聚合物、0.5質量份以上的氧化 鋯。使用這樣的成形原料所制造的蜂窩結構體，在之后在隔壁部上擔載催化劑的狀態下，能 夠抑制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。
[0018] 本發明的蜂窩結構體的第2制造方法包括：
[0019] 原料混合工序，將含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20WI1以上且吸水 前為2質量份以上的吸水性聚合物的成形原料進行混合而成為坯土，所述陶瓷原料含有14 質量份以上的硅膠，
[0020] 成形工序，將所述坯土成形為蜂窩形狀，得到蜂窩成形體，
[0021] 燒成工序，對所述蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部的蜂窩結構體， 所述多孔質的隔壁部形成成為流體流路的多個孔格。
[0022] 在該蜂窩結構體的第2制造方法中，在原料混合工序中，成形原料含有陶瓷原料 1〇〇質量份、吸水后的平均粒徑為20M1以上且吸水前為2質量份以上的吸水性聚合物，所述 陶瓷原料含有14質量份以上的硅膠。使用這樣的成形原料所制造的蜂窩結構體，在之后在 隔壁部擔載催化劑的狀態下，能夠抑制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。
[0023] 本發明的蜂窩結構體的第1、第2制造方法在所述燒成工序之后，還可以包括在所 述蜂窩結構體的所述隔壁部擔載催化劑的催化劑擔載工序。由此制造的蜂窩結構體能夠抑 制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。
【附圖說明】
[0024]圖1是蜂窩結構體20的概略立體圖。
[0025] 圖2是圖1中的A-A截面圖。
[0026] 圖3是體素數據60的概念圖。
【具體實施方式】
[0027] 接下來，使用附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是本發明的一個實施方式的 蜂窩結構體20的概略立體圖。圖2是圖1中的A-A截面圖。本發明的蜂窩結構體20例如作為擔 載凈化汽車引擎的廢氣的催化劑的催化劑載體而設置在引擎的廢氣管中。需說明的是，本 實施方式中，上下方向、前后方向以及左右方向如圖1、2中所示。
[0028]該蜂窩結構體20具有多孔質的隔壁部22和在隔壁部22的外周形成的外周部24,所 述多孔質的隔壁部22形成成為流體流路的多個孔格23。如圖2所示，該蜂窩結構體20具有孔 格23的兩端開放的結構。
[0029]該蜂窩結構體20的外形沒有特別限定，可以是圓柱狀、四棱柱狀、橢圓柱狀、六棱 柱狀等形狀。此外，對于孔格23來說，作為其截面形狀可以是四邊形、三角形、六邊形、八邊 形、圓形、橢圓形等形狀。本實施方式中，蜂窩結構體20的外形形成為圓柱狀，孔格23的形狀 形成為截面是四邊形。
[0030] 隔壁部22沒有特別限定，例如隔壁厚度可以為0.0635mm以上、0.46mm以下。隔壁部 22所形成的孔格23的孔格密度沒有特別限定，例如可以是5孔格/cm 2以上且小于187孔格/ cm2。隔壁部22是多孔質的陶瓷，例如可以是含有從堇青石、Si結合SiC、再結晶SiC、鈦酸鋁、 莫來石、氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷、磷酸鋯、氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁、Cd結合SiC以及二氧化硅 中選擇的1種以上的無機材料來形成。其中，優選堇青石、Si結合SiC、再結晶SiC等。
[0031] 隔壁部22的平均細孔徑為lOwii~20wii，隔壁部22的體積V與氣孔的潤濕面積S的比 即潤濕面積比R( = S/V)為0.000239MT1以上。此外，隔壁部22的氣孔率優選為50%~65%。 隔壁部22的平均細孔徑可以為15mi以上，還可以為18mi以下。需說明的是，平均細孔徑以及 氣孔率是由壓汞法測定的值。隔壁部22的平均細孔徑、潤濕面積比R以及氣孔率是擔載催化 劑之前的狀態時的值。
[0032] 對算出隔壁部22的潤濕面積比R的方法進行說明。潤濕面積比R是利用通過對隔壁 部22進行CT掃描而獲得的3維體素數據60來算出的。圖3是體素數據60的概念圖。首先，以隔 壁部22的隔壁厚度方向為X方向，以孔格23的軸向（圖1、2的前后方向）為Y方向，以XY平面為 攝影截面。然后，以使攝影截面在與XY方向垂直的Z方向上移動來進行多次攝影的方式進行 隔壁部22的CT掃描，獲得多個圖像數據，基于該圖像數據，獲得如圖3的上部所示的體素數 據603、￥、2各方向的分辨率分別為1.2mi，由此獲得的1邊為1.2wii的立方體就是3維體素數 據60的最小單位，即體素。需說明的是，通過CT掃描所獲得的攝影截面的圖像數據是在Z方 向沒有厚度的平面數據，但將各攝影截面作為攝影截面在Z方向具有間隔量(1.2WH)的厚度 來進行處理。即，將圖像數據的二維的各像素作為1邊為1.2wii的立方體(體素)來進行處理。 如圖3的上部所示，體素數據60的大小形成為X方向為300wn( = 1.2wiiX 250體素）、Y方向為 480wii (= 1.2wn X 400體素）、Z方向為480wii (= 1.2wn X 400體素）的長方體。各體素通過X、Y、 Z座標(座標值1對應體素的一邊的長度即1.2wn)來表示位置，并且，區分為表示空間（氣孔） 的空間體素和表示物體的物體體素。空間體素與物體體素的區別通過使用模式法(+ - K 法）的2值化處理而如下進行。通過CT掃描而實際獲得的多個圖像數據是每個X、Y、Z座標的 亮度數據。基于該亮度數據，對于全部座標(多個圖像數據的全部像素)制成亮度的直方圖。 然后，將直方圖中表現出的2個峰之間（谷）的部分的亮度值設為閾值，對于各座標，通過亮 度是大于閾值還是小于閾值來進行各座標的亮度的2值化。由此，來區分各座標的體素是空 間體素還是物體體素。圖3的中部2維地顯示了區分空間體素和物體體素的狀態的一例。圖3 的下部2維地顯示了其一部分的放大圖64。需說明的是，這樣的CT掃描可以使用例如株式會 社島津制作所制的SMX-160CT-SV3來進行。
[0033]接著，利用該體素數據60,算出隔壁部22的體積V與氣孔的潤濕面積S。體積V是體 素數據60的全部體素的體積。即，體積￥ = 69120000_3( = 300_\480_\480_)。潤濕面 積S作為體素數據60中的空間體素與物體體素的邊界面的面積的合計而算出。更具體的，作 為潤濕面積S=(體素數據60中的邊界面的個數）X(1個邊界面的面積)而導出。1個邊界面 的面積為1.44wn 2 (= 1.2wn X 1.2wn)。例如，如圖3的下部所示的放大圖64中，空間體素與物 體體素的邊界面存在6個面，因此，放大圖64中的邊界面的面積的合計為6 X 1.44 = 8.64y m2。這樣，算出潤濕面積S。并且，通過算出的體積V和潤濕面積S，算出潤濕面積比R(=S/V)
[wif1]。需說明的是，由于體積V是恒定值，因此可以將"潤濕面積比R為0.000239MT1以上" 換言為"體素數據60中的潤濕面積S為16500WH2以上"。
[0034]需說明的是，用于算出潤濕面積比R的體素數據60,如上所述，是X方向為300wn、Y 方向為480wn、Z方向為480wii的數據，在隔壁部22的隔壁厚度不足300wii時，使用相同體積V 的體素數據來算出潤濕面積比R。例如，隔壁厚度為圖3的體素數據60的一半的150wii時，則 使用Y方向為2倍的960mi的體素數據來算出潤濕面積比R。
[0035] 隔壁部22的潤濕面積比R優選為0.000264M1-1以上（=潤濕面積S為17000M12以 上），更優選為〇. 000253MT1以上（=潤濕面積S為17500M12以上）。需說明的是，對于潤濕面 積比R的上限無需特別確定。通過滿足上述的平均細孔徑的數值范圍、或滿足平均細孔徑以 及氣孔率的數值范圍，就必然地確定了潤濕面積比R的上限。雖然沒有特別限定，但潤濕面 積比R可以為例如0.000300MT 1以下。
[0036]外周部24是圍繞蜂窩結構體20外周的壁。外周部24可以是與隔壁部22相同的材 質，也可以是不同的材質。例如，外周部24優選由含有從堇青石、炭化硅、氧化鋁、鈦酸鋁、莫 來石、氮化鋁中選擇的至少一種作為主成分的材料構成。通過使用這樣的材料，形成耐熱性 優異的蜂窩結構體。
[0037]這里，蜂窩結構體20的隔壁部22可以進一步擔載催化劑。對于催化劑的種類，只要 是用于凈化廢氣就沒有特別限定。催化劑例如可以含有用于凈化烴(HC)、一氧化碳(C0)、氮 氧化物(N0X)的至少任意1種以上的催化劑成分。作為這樣的催化劑，可以列舉例如包含從 Pt、Rh、Pd等貴金屬中選擇的至少一種以及從氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯中選擇的至少一種的 催化劑，或者包含從沸石、釩中選擇的至少一種的催化劑。隔壁部22中擔載的催化劑的量沒 有特別限定，例如為50g/L~400g/L。催化劑的量優選為100g/L以上，更優選為150g/L以上。 需說明的是，催化劑的量(g/L)是指蜂窩結構體的每單位體積（1L)中所擔載的催化劑的量 (g)〇
[0038]對于隔壁部22中擔載的催化劑，在隔壁部22的氣孔中存在催化劑的部分的比例即 催化劑填充率優選為70%以上。催化劑填充率為100%以下即可。雖沒有特別限定，但催化 劑填充率可以為90%以下。催化劑填充率通過如下方法算出，準備將蜂窩結構體20的隔壁 部22進行樹脂填埋后研磨而成的觀察用試料，進行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，對得到的圖 像進行解析。首先，準備觀察用試料，該觀察用試料以使與流體的流通方向（孔格23的軸向） 垂直的截面作為觀察面的方式切斷并研磨而成。然后，將SEM的倍率設為100倍~500倍，將 視野設為約500miX500wii的范圍，對準備好的觀察用試料的觀察面進行攝影。然后，基于所 得圖像的各像素的亮度數據，對全部像素制作亮度的直方圖。然后，將直方圖中表現出的3 個峰之間（谷）的部分的亮度值設定為閾值，通過將各像素的亮度與閾值進行比較，對各像 素的亮度進行3值化。由此，將各像素區分為隔壁部22的結構材料、催化劑、氣孔的任一種。 然后，以催化劑填充率=(催化劑的像素數)/(催化劑的像素數+氣孔的像素數）X 100,算出 催化劑填充率。需說明的是，這樣的SEM觀察，可以使用例如日立高新技術公司制S-3200N來 進行。
[0039]以下，對如此構成的蜂窩結構體20的制造方法進行說明。蜂窩結構體20可以通過 例如以下說明的蜂窩結構體20的第1、第2制造方法來制造。
[0040]首先，對蜂窩結構體20的第1制造方法進行說明。蜂窩結構體20的第1制造方法包 括:原料混合工序、成形工序以及燒成工序，所述原料混合工序將含有陶瓷原料100質量份、 吸水后的平均粒徑20WI1以上且吸水前為2質量份以上的吸水性聚合物、0.5質量份以上的氧 化鋯的成形原料進行混合而成為坯土，所述成形工序將坯土成形為蜂窩形狀而得到蜂窩成 形體，所述燒成工序對蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部22的蜂窩結構體，所 述多孔質的隔壁部22形成成為流體流路的多個孔格23。
[0041] 作為原料混合工序中所使用的陶瓷原料，可列舉為包括從堇青石化原料、Si結合 SiC、再結晶SiC、鈦酸鋁、莫來石、氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷、磷酸鋯、氧化鋯、氧化鈦中選擇的1 種以上無機材料的陶瓷原料。作為堇青石化原料，可以列舉例如高嶺土、滑石、煅燒高嶺土、 氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅。作為堇青石化原料，特別優選以成為堇青石的化學組成的比 例含有從滑石、高嶺土、煅燒高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅中選擇的至少二種以上的 無機原料。此外，作為二氧化硅，可以使用例如石英、硅膠、熔融二氧化硅中的至少一種以 上。蜂窩結構體20的第1制造方法中，作為堇青石化原料，優選至少含有滑石、高嶺土、煅燒 尚嶺土、氧化錯、氣氧化錯、石英。
[0042] 在原料混合工序中，作為造孔材料至少使用吸水性聚合物，作為燒結助劑，至少使 用氧化鋯。吸水性聚合物的吸水后的平均粒徑為20wii以上。吸水性聚合物的吸水后的平均 粒徑可以為40wii以下，也可以為30wii以下。吸水性聚合物的配合量在吸水前相對于陶瓷原 料100質量份為2質量份以上。吸水性聚合物的配合量在吸水前可以為10質量份以下，在吸 水前也可以為6質量份以下。作為吸水性聚合物，可以適合使用例如國際公開第2005/ 063360號小冊子中所記載的吸水性樹脂。需說明的是，吸水性聚合物的吸水后的平均粒徑 是在吸水性聚合物中僅吸附了水的狀態下，由激光衍射散射式粒度分布計(堀場制作所LA-920) 測定的值。
[0043] 原料混合工序中所使用的氧化鋯的配合量，相對于陶瓷原料100質量份為0.5質量 份以上。配合量可以為2質量份以下，也可以為1.5質量份以下。氧化鋯的平均粒徑為例如 0.5M1~4tim。平均粒徑優選為1.5tim以下。
[0044] 原料混合工序中可以添加甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素等粘合劑以及水等，進 而還可以混合分散劑。作為分散劑，可以使用乙二醇等表面活性劑。對于混合成形原料來調 制坯土的方法，沒有特別限定，可列舉例如使用捏合機、真空練泥機等的方法。
[0045] 成形工序中，將原料混合工序中所得到的坯土進行成形，形成在燒成后成為蜂窩 結構體20的形狀的蜂窩成形體。對于形成蜂窩成形體的方法沒有特別限定，可以采用擠壓 成形、注射成形等公知的成形方法。例如可以采用具有所需的孔格形狀、隔壁厚度、孔格密 度的擠壓成形用金屬模具來進行擠壓成形。
[0046] 燒成工序中，采用電爐、燃氣爐等對蜂窩成形體進行燒成，獲得蜂窩結構體20。燒 成的條件可以根據成形原料的種類來適宜地確定。例如，在使用堇青石化原料時，燒成溫度 優選為1350~1440°C。此外，燒成時間以在最高溫度下的保持時間計，優選為3~15小時。需 說明的是，在燒成工序前，優選進行干燥處理、預燒處理。干燥處理可以使用熱風干燥、微波 干燥等公知的方法。預燒處理是在比燒成溫度低的溫度將蜂窩成形體中所含的有機物成分 燃燒除去的處理。經過這樣的工序，可以得到上述的蜂窩結構體20。
[0047]接著，對蜂窩結構體20的第2制造方法進行說明。蜂窩結構體20的第2制造方法包 括原料混合工序、成形工序以及燒成工序，所述原料混合工序將含有陶瓷原料100質量份、 吸水后的平均粒徑為20wii以上且吸水前為2質量份以上的吸水性聚合物的成形原料進行混 合而成為坯土，所述陶瓷原料含有14質量份以上的硅膠，所述成形工序將坯土成形為蜂窩 形狀而得到蜂窩成形體，所述燒成工序對蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部 22的蜂窩結構體，所述多孔質的隔壁部22形成成為流體流路的多個孔格23。
[0048]這里，蜂窩結構體20的第1制造方法中，在原料混合工序，成形原料中含有0.5質量 份以上的氧化鋯。與此相對，蜂窩結構體20的第2制造方法中，成形原料中可以不含有氧化 鋯，替代于此，在陶瓷原料100質量份中含有14質量份以上的硅膠。除此之外，可以與上述的 蜂窩結構體20的第1制造方法同樣地進行。需說明的是，蜂窩結構體20的第2制造方法中，作 為堇青石化原料，優選至少含有滑石、高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁、硅膠。陶瓷原料100質量份 中的硅膠的配合量可以為23質量份以下，也可以為15質量份以下。硅膠的平均粒徑例如為8 ym~20wii。平均粒徑優選為lOym以上。平均粒徑優選為18wii以下。通過這樣的蜂窩結構體20 的第2制造方法，也可以得到上述的蜂窩結構體20。需說明的是，硅膠的平均粒徑是由激光 衍射散射式粒度分布計(堀場制作所LA-920)測定的值。
[0049]對于這樣由蜂窩結構體20的第1或第2制造方法制造的窩結構體20,在燒成工序之 后，還可以進行在蜂窩結構體20的隔壁部22上擔載催化劑的催化劑擔載工序。對于擔載催 化劑的方法沒有特別限定，可以采用公知的方法來擔載。例如，首先調制含有預定的催化劑 的催化劑漿料。然后，將該催化劑漿料從蜂窩結構體20的一側端面側流入孔格23內。使催化 劑漿料流入孔格內時，優選采用浸漬、吸引的方法。作為催化劑，可以采用上述的材料。
[0050] 根據以上詳述的本實施方式的蜂窩結構體20,通過形成成為流體流路的多個孔格 23的多孔質的隔壁部22的平均細孔徑為10_~20_、潤濕面積比R為0.000239MT 1以上，在 之后在隔壁部22上擔載催化劑的狀態下，能夠抑制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。滿 足上述數值范圍的隔壁部22,可認為形成大量適度大小的氣孔并呈現連通的狀態。其結果 可認為是，催化劑易于填充到氣孔內，且在流路中流通的氣體易于在催化劑、隔壁部22內擴 散，能夠兼顧抑制壓力損失的增大和高的廢氣凈化性能。
[0051] 此外，在隔壁部22上擔載催化劑的狀態下，隔壁部22的氣孔中存在催化劑的部分 的比例即催化劑填充率為70%以上，由此，易于實現抑制壓力損失的增大的效果，易于提高 廢氣凈化性能。
[0052]進而，本實施方式的蜂窩結構體20的第1制造方法中，在原料混合工序中，在成形 原料中含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20WI1以上且吸水前為2質量份以上的 吸水性聚合物、0.5質量份以上的氧化鋯。使用這樣的成形原料制造的蜂窩結構體20,在之 后進行催化劑擔載工序而在隔壁部22上擔載催化劑的狀態下，能夠抑制壓力損失的增大且 廢氣凈化性能高。
[0053]進而此外，本實施方式的蜂窩結構體20的第2制造方法中，在原料混合工序中，在 成形原料中含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20WI1以上且吸水前為2質量份以 上的吸水性聚合物，所述陶瓷原料含有14質量份以上的硅膠。使用這樣的成形原料制造的 蜂窩結構體20,在之后進行催化劑擔載工序而在隔壁部22上擔載催化劑的狀態下，能夠抑 制壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。
[0054]需說明的是，本發明不受上述實施方式的任何限制，只要屬于本發明的技術范圍， 可以以各種方式來實施，這是不言而喻的。
[0055] 例如，上述的實施方式中，在蜂窩結構體20的第1制造方法中，成形原料中含有0.5 質量份以上的氧化鋯，在蜂窩結構體20的第2制造方法中，也可以進一步含有氧化鋯。此外， 蜂窩結構體20的第1制造方法中，也可以在陶瓷原料100質量份中含有14質量份以上的硅 膠。
[0056] 【實施例】
[0057] 以下，以具體制作蜂窩結構體的例子作為實施例進行說明。需說明的是，本發明并 不限定于以下的實施例。
[0058][實施例1]
[0059] 如下制作實施例1的蜂窩結構體。在原料混合工序中，首先，作為陶瓷原料，調制堇 青石化原料。具體的，將平均粒徑為1〇_的滑石40質量份、平均粒徑為5wii的高嶺土 8質量 份、平均粒徑為2mi的煅燒高嶺土 8質量份、平均粒徑為5mi的氧化鋁20質量份、平均粒徑為1 Mi的氫氧化鋁9質量份、平均粒徑為4wii的石英15質量份進行混合，調制堇青石化原料。相對 于該堇青石化原料100質量份，添加吸水前為6.0質量份的吸水后平均粒徑為20wii的吸水性 聚合物、平均粒徑1.0M的氧化鋯1.5質量份、作為粘合劑的甲基纖維素以及羥丙基甲基纖 維素5.6質量份、表面活性劑0.5質量份、水81質量份，制成成形原料，將其混合后得到坯土。 需說明的是，吸水性聚合物使用粒子狀的聚丙烯酸系銨鹽，其吸水倍率為15~25倍，吸水后 的平均粒徑為上述的值(20mi)。
[0060] 接著，在成形工序中，使用預定的金屬模具對該坯土進行擠壓成形，成形為如圖1、 2所示的、形成四邊形狀的孔格的隔壁部的形狀的蜂窩成形體。需說明的是，成為外周部的 部分也一體成形。接著，將所得的蜂窩成形體干燥，之后在燒成工序中燒成。干燥是在微波 干燥機中干燥10~30分鐘，燒成是在最高溫度1430°C保持5~15小時，整體燒成40~60小 時，得到實施例1的蜂窩結構體。蜂窩結構體為端面直徑為229mm、長度為203mm的形狀，孔格 結構為 4mil/600cpsi。
[0061] [實施例2~13,比較例1~13]
[0062] 成形原料的平均粒徑、配合比例以及孔格結構變更為如表1所示，除此之外與實施 例垌樣地進行，制成實施例2~13、比較例1~13的蜂窩結構體。需說明的是，表1中表示 在成形原料中未添加該材料。此外，實施例9~11、13以及比較例12中，代替石英以表1所示 比例添加平均粒徑12wii的硅膠。比較例4中，代替石英添加平均粒徑15wii的熔融二氧化硅。 [0063][氣孔率、平均細孔徑、潤濕面積比R的測定]
[0064] 對于實施例1~13、比較例1~13,測定氣孔率、平均細孔徑、潤濕面積比R。氣孔率 以及平均細孔徑由水銀孔隙率儀(MicroMetrics公司制Autopore IV9520)測定。潤濕面積 比R由上述方法來測定。結果示于表1。需說明的是，表1中也一并顯示了潤濕面積S的值。 [0065][催化劑擔載工序]
[0066]進行在實施例1~13，比較例1~13的蜂窩結構體的隔壁部上擔載催化劑的催化劑 擔載工序。作為催化劑，使用ZSM-5沸石。催化劑的量(g/L)為表1所示的值。
[0067][催化劑填充率的測定]
[0068]對于擔載催化劑后的實施例1~13、比較例1~13，由上述方法測定催化劑填充率。 測定位置為蜂窩結構體的徑向上的中心和端部、長度方向上距入口端面lcm、距出口端面 lcm的共計6個位置，從6個位置分別取出各3個試料。對于各試料，根據由SEM拍攝而得的照 片，利用上述的圖像解析來求出催化劑部、氣孔部，以催化劑填充率=催化劑部的像素數/ (催化劑部的像素數+氣孔部的像素數)來求出，作為全部試料的平均值算出催化劑填充率。 結果示于表1。需說明的是，SEM觀察時的倍率為200倍。
[0069][壓力損失的評價]
[0070]將擔載催化劑后的實施例1~13以及比較例1~13的蜂窩結構體通過引擎臺架安 裝到2.2L柴油機的廢氣系統中，求出在引擎旋轉數2200rpm、扭矩45Nm的穩態下的壓力損失 (kPa)。壓力損失是在安裝試料并啟動引擎后預熱30分鐘后，由差壓計測定，在試料前后的 差壓充分穩定后測定10秒，作為其平均值來算出。以比較例1的壓力損失為基準（數值為 1.0)，算出實施例1~13以及比較例2~13的壓力損失相對于比較例1的壓力損失的比作為 壓損比。進而，壓損比的值為1.2以下時判斷為良好，超過1.2時判定為不良。結果示于表1。 [0071] [N0X凈化率的評價]
[0072]使用具有柴油機(8L/6汽缸）的尿素SCR系統來進行N0X凈化率的評價。向實施例1 ~13以及比較例1~13的蜂窩結構體流入廢氣和凈化N0X所必需的尿素，測定蜂窩結構體的 前段以及后段的N0 X量，以（后段的N0X量)/(前段的N0X量）X 100算出N0X凈化率（％ )。肌凈化 率的測定是在測溫位置為蜂窩結構體的入口端面的前方20mm時的廢氣溫度為250°C、廢氣 流量為380kg/h、N0 x/NH3當量比為1.0的條件下進行的。而且，將N0X凈化率為90 %以上時判 定為良好，不到90%時判定為不良。結果示于表1。
[0073]表 1
[0075]由表1可知，使用含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑20wii以上且吸水前 為2質量份以上的吸水性聚合物、以及0.5質量份以上的氧化鋯的成形原料而制作的實施例 1~8、12,使用含有陶瓷原料100質量份、以及吸水后的平均粒徑20wii以上且吸水前為2質量 份以上的吸水性聚合物的成形原料，該陶瓷原料含有14質量份以上的硅膠而制作的實施例 9~11、13中，隔壁部的平均細孔徑為lOwii~20_、潤濕面積比R為0.000239MT 1以上。此外， 實施例1~13的氣孔率均為50%~65%。而且，實施例1~13的壓力損失比的值均為1.2以下 且NO x凈化率均為90%以上，抑制了壓力損失的增大且廢氣凈化性能高。比較例1~13中不 存在壓力損失比的值在1.2以下且NO x凈化率為90 %以上的試料。此外，與催化劑填充率低 于70%的實施例12、13相比，催化劑填充率為70%以上的實施例1~11中，可見抑制壓力損 失的增大且廢氣凈化性能提高的傾向。
[0076]本申請以2015年3月30日提出的日本專利申請第2015-069421號作為優先權主張 的基礎，其全部內容通過引用包含于本說明書中。
[0077] 工業上的利用可能性
[0078]本發明能夠用于作為對從汽車用、建設機械用以及工業用固定引擎以及燃燒機器 等排出的廢氣進行凈化的過濾器來利用的蜂窩結構體的制造工業中。
【主權項】
1. 一種蜂窩結構體，具有多孔質的隔壁部，所述多孔質的隔壁部形成成為流體流路的 多個孔格，所述隔壁部的平均細孔徑為ΙΟμπι~20μπι，該隔壁部的體積V與氣孔的潤濕面積S 的比即潤濕面積比R為0. 〇〇〇239以11^以上，其中R=S/V。2. 如權利要求1所述的蜂窩結構體，所述隔壁部的氣孔率為50%~65%。3. -種蜂窩結構體，其在權利要求1或2所述的蜂窩結構體的所述隔壁部上擔載有用于 凈化廢氣的催化劑。4. 如權利要求3所述的蜂窩結構體，所述隔壁部的氣孔中存在所述催化劑的部分的比 例即催化劑填充率為70%以上。5. -種蜂窩結構體的制造方法，包括： 原料混合工序，將含有陶瓷原料100質量份、吸水后的平均粒徑為20μπι以上且吸水前為 2質量份以上的吸水性聚合物、以及0.5質量份以上的氧化鋯的成形原料進行混合而成為坯 土， 成形工序，將所述坯土成形為蜂窩形狀，得到蜂窩成形體， 燒成工序，對所述蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部的蜂窩結構體，所述 多孔質的隔壁部形成成為流體流路的多個孔格。6. 如權利要求5所述的蜂窩結構體的制造方法，所述吸水性聚合物的吸水后的平均粒 徑為40μηι以下。7. 如權利要求5或6所述的蜂窩結構體的制造方法，所述成形原料中的所述吸水性聚合 物的含量在吸水前為10質量份以下。8. 如權利要求5~7中任一項所述的蜂窩結構體的制造方法，所述成形原料中的所述氧 化鋯的含量為2質量份以下。9. 一種蜂窩結構體的制造方法，包括： 原料混合工序，將含有陶瓷原料100質量份、以及吸水后的平均粒徑為20μπι以上且吸水 前為2質量份以上的吸水性聚合物的成形原料進行混合而成為坯土，所述陶瓷原料含有14 質量份以上的硅膠， 成形工序，將所述坯土成形為蜂窩形狀，得到蜂窩成形體， 燒成工序，對所述蜂窩成形體進行燒成，得到具有多孔質的隔壁部的蜂窩結構體，所述 多孔質的隔壁部形成成為流體流路的多個孔格。10. 如權利要求9所述的蜂窩結構體的制造方法，所述吸水性聚合物的吸水后的平均粒 徑為40μηι以下。11. 如權利要求9或10所述的蜂窩結構體的制造方法，所述成形原料中的所述吸水性聚 合物的含量在吸水前為10質量份以下。12. 如權利要求9~11中任一項所述的蜂窩結構體的制造方法，所述陶瓷原料中的所述 硅膠的含量為23質量份以下。13. 如權利要求5~12中任一項所述的蜂窩結構體的制造方法，包括： 在所述燒成工序之后，在所述蜂窩結構體的所述隔壁部上擔載催化劑的催化劑擔載工 序。
【文檔編號】C04B35/622GK105999908SQ201610187325
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】廣瀨正悟, 山本博隆, 中尾詩織, 植田修司, 小野光遙, 坂下俊, 長岡宏幸
【申請人】日本礙子株式會社