KR100883946B1 - Ceramic honeycomb structural body - Google Patents
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Abstract
내연기관으로부터 방출되는 HC 이나 NOx 등의 유해 가스의 제거 특성과 촉매 반응성이 우수한 세라믹 허니컴 구조체를 제안한다. 다수의 관통공이 격벽을 사이에 두고 병렬하여 배치되어 이루어지는 주상 허니컴 구조의 다공질 세라믹 부재의 하나 또는 복수개의 조합으로 이루어지는 세라믹 허니컴 구조체이며, 상기 격벽은 세공 직경 분포 곡선에 있어서, 세공 직경이 0.05 ∼ 150㎛ 인 세공을 제 1 세공군으로 하고 세공 직경이 0.006 ∼ 0.01㎛ 인 세공을 제 2 세공군으로 했을 때, 상기 제 1 세공군의 영역과 상기 제 2 세공군의 영역에 각각, 세공 분포의 피크 (극대치) 가 1개 이상 존재하는 세공 구조를 갖는 소결체로 이루어지는 세라믹 허니컴 구조체. We propose a ceramic honeycomb structure having excellent removal characteristics and catalytic reactivity of harmful gases such as HC and NOx emitted from an internal combustion engine. It is a ceramic honeycomb structure composed of one or a plurality of combinations of porous ceramic members having a columnar honeycomb structure in which a plurality of through holes are arranged in parallel with a partition wall therebetween, and the partition wall has a pore diameter of 0.05 to 150 in a pore diameter distribution curve. When the pore having a diameter is set to the first pore group and the pore having a pore diameter of 0.006 to 0.01 μm is used as the second pore group, peaks of pore distribution are respectively shown in the region of the first pore group and the region of the second pore group. The ceramic honeycomb structured body which consists of a sintered compact which has a pore structure in which one or more (maximum values) exist.
Description
본 출원은, 2004년 12월 27일에 출원된 일본특허출원 2004-375815호를 기초 출원으로 하여 우선권 주장하는 출원이다. This application is an application which claims priority based on Japanese Patent Application No. 2004-375815 for which it applied on December 27, 2004 as a basic application.
본 발명은 세라믹 허니컴 구조체에 관한 것으로서, 특히 자동차나 보일러 등의 내연기관으로부터 배출되는 배기 가스 정화용 촉매를 담지하기 위해서 이용되는 세라믹 허니컴 구조체를 제안한다. BACKGROUND OF THE
자동차의 배기 가스 정화용 촉매를 담지하기 위해서 이용되는 세라믹 허니컴 구조체는 주로 저열팽창성 코디어라이트 등의 일체 구조품이 이용되고 있다. 이러한 세라믹 허니컴 구조체는 그 표면에 활성 알루미나 등의 고비표면적 (high specific surface area) 의 재료나 백금 등의 촉매 금속을 담지하여 이루어지는 것이 일반적이다. 또한, 린번 엔진 및 디젤 엔진과 같은 산소 과잉 분위기 하에서 사용되는 엔진에 대해서는, 상기 구조체의 표면에 NOx 처리를 위한 Ba 등의 알칼리 토금속과 같은 NOx 흡장제가 담지되어 있다. As the ceramic honeycomb structure used for supporting the catalyst for exhaust gas purification of automobiles, an integral structure such as low thermally expandable cordierite is mainly used. Such a ceramic honeycomb structure is generally formed by supporting a material having a high specific surface area such as activated alumina or a catalytic metal such as platinum on its surface. In addition, for an engine used under an excess oxygen atmosphere such as a lean burn engine and a diesel engine, a NOx sorbent such as alkaline earth metal such as Ba for NOx treatment is supported on the surface of the structure.
그런데, 이들 세라믹 허니컴 구조체는, 이것의 정화 성능을 보다 향상시키기 위해, 배기 가스와 귀금속 촉매나 NOx 흡장제와의 접촉 효율을 높이는 것이 유효하다. 그 때문에, 이 세라믹 허니컴 구조체의 격벽 표면에 촉매를 충분히 분산한 상태에서 담지시키는 것이 중요하다 (일본 공개특허공보 평10-263416호 참조) . By the way, in order to further improve the purification performance of these ceramic honeycomb structures, it is effective to increase the contact efficiency between the exhaust gas, the noble metal catalyst and the NOx sorbent. Therefore, it is important to carry the catalyst on the partition surface of the ceramic honeycomb structure in a state where the catalyst is sufficiently dispersed (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-263416).
또한, 이 세라믹 허니컴 구조체로서는, 세공 직경 분포를 조정함으로써, 반응성을 향상시킨 기술이 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 평3-68456호, 일본 공개특허공보 평8-229412호, 일본 공개특허공보 2001-187318호, 일본 공개특허공보 2001-187320호, 일본 공개특허공보 평10-43588호 참조) . Moreover, as this ceramic honeycomb structure, the technique which improved reactivity by adjusting pore diameter distribution is proposed (Unexamined-Japanese-Patent No. 3-68456, Unexamined-Japanese-Patent No. 8-229412, Unexamined-Japanese-Patent No. 2001). -187318, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-187320, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-43588).
그러나, 종래의 세라믹 허니컴 구조체는, 그 격벽 표면에 고비표면적 재료 (촉매 코트층) 를 부여하거나, 이 격벽의 세공 직경을 조정한 것이지만, 촉매 반응이 충분하지 않은 것이 많아, 개량할 필요가 있다. 즉, 이 세라믹 허니컴 구조체에 알루미나 등의 고비표면적 재료를 사용하면, 열에이징에 의해 소결이 진행되고, 비표면적이 저하하는 우려가 있었다. 또한, 담지되어 있는 백금 등의 촉매 금속은, 응집되어 입경이 커져 비표면적이 작아지는 경향이 있다. 즉, 종래의 세라믹 허니컴 구조체는 열에이징 (촉매 담체로서 사용하기 위해) 후에, 고비표면적인 것으로 하기 위해서는, 초기 단계의 비표면적을 크게 할 필요가 있다. However, in the conventional ceramic honeycomb structure, a high specific surface area material (catalyst coat layer) is provided on the surface of the partition wall or the pore diameter of the partition wall is adjusted, but the catalytic reaction is not sufficient enough and needs to be improved. That is, when high specific surface area materials, such as alumina, are used for this ceramic honeycomb structure, sintering advances by heat aging and there exists a possibility that a specific surface area may fall. In addition, the supported catalyst metals such as platinum tend to aggregate to increase the particle size, thereby decreasing the specific surface area. That is, the conventional ceramic honeycomb structure needs to increase the specific surface area of the initial stage in order to make it high specific surface area after thermal aging (for use as a catalyst carrier).
또한, 이러한 세라믹 허니컴 구조체는 그것의 가스 정화 성능을 향상시키기 위해서는, 배기 가스와 귀금속 촉매 및 NOx 흡장제와의 접촉 효율을 높이는 것이 유효하다. 즉, 담체가 되는 이 세라믹 허니컴 구조체의 비표면적을 크게 하는 반면, 촉매의 입자 직경은 작게 하여 분산도를 높이는 것이 유효하다. 이 점, 종래의 코디어라이트(cordierite)질 허니컴 구조체는 배기 가스 촉매와의 접촉 효율을 높이기 위해, 관통공의 형상, 관통공의 밀도 또는 벽 두께 등을 연구하여, 촉매 담체를 고비표면적화한 것이었다. 그러나, 이 종래의 세라믹 허니컴 구조체는, 담체에 대하여 이 촉매를 충분히 분산시킬 수 없어, 열에이징 후의 배기 가스의 정화 성능이 악화되는 문제가 있었다. Moreover, in order to improve the gas purification performance of such a ceramic honeycomb structure, it is effective to raise the contact efficiency of exhaust gas, a noble metal catalyst, and a NOx sorbent. In other words, it is effective to increase the specific surface area of the ceramic honeycomb structure serving as a support while increasing the degree of dispersion by decreasing the particle diameter of the catalyst. In this regard, the conventional cordierite honeycomb structure is designed to study the shape of the through hole, the density of the through hole, or the wall thickness in order to increase the contact efficiency with the exhaust gas catalyst. Was. However, this conventional ceramic honeycomb structure has a problem that the catalyst cannot be sufficiently dispersed in the support, and the purification performance of the exhaust gas after thermal aging deteriorates.
그 밖에, 종래의 허니컴 구조체에는 촉매를 다량으로 담지시킨 것이나, 촉매 담체 자체를 대형화시킨 것이 있었다. 그러나, 다량으로 담지된 것은 백금 등의 귀금속이 매우 비싼 점에서 바람직하지 못하고, 한편, 대형화 구조체는 자동차에 설치하는 경우, 그 설치 스페이스가 대단히 한정되기 때문에 적당하지 않다. In addition, some conventional honeycomb structures have a large amount of catalyst supported thereon or have a larger catalyst carrier itself. However, it is not preferable to carry a large amount because precious metals such as platinum are very expensive. On the other hand, when the large-size structure is installed in an automobile, its installation space is very limited, which is not suitable.
본 발명의 목적은, 내연기관으로부터 방출되는 HC 이나 NOx 등의 유해 가스의 제거 특성과 촉매 반응성이 우수한 세라믹 허니컴 구조체를 제안하는 것에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to propose a ceramic honeycomb structure having excellent catalytic reactivity and removal characteristics of harmful gases such as HC and NOx emitted from an internal combustion engine.
본 발명은 가스 유로로 이루어지는 다수의 관통공이 격벽을 사이에 두고 병렬되어 이루어지는 주상 (pillar-shaped) 허니컴 구조의 다공질 세라믹 부재의 1개 또는 복수개의 조합으로 이루어지는 세라믹 허니컴 구조체로서, 상기 격벽은 가로축을 세공 직경 (㎛) 으로 하고 세로축을 log 미분 세공 용적 (㎤/g) 으로 한 세공 직경 분포 곡선에 있어서, 세공 직경이 0.05 ∼ 150㎛ 인 세공을 제 1 세공군으로 하고, 세공 직경이 0.006 ∼ 0.01㎛ 인 세공을 제 2 세공군으로 했을 때, 상기 제 1 세공군의 영역과, 상기 제 2 세공군의 영역에 각각, 세공 분포의 피크 (극대치) 가 1개 이상 존재하는 세공 구조를 갖는 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 허니컴 구조체이다. The present invention provides a ceramic honeycomb structure comprising one or a plurality of combinations of pillar-shaped honeycomb porous ceramic members having a plurality of through holes formed in a gas flow path in parallel with a partition wall, wherein the partition wall has a horizontal axis. In the pore diameter distribution curve having the pore diameter (μm) and the vertical axis as the log differential pore volume (cm 3 / g), pores having a pore diameter of 0.05 to 150 μm are used as the first pore group, and the pore diameter is 0.006 to 0.01 When the pore having a diameter is 2nd pore group, it is a sintered compact having a pore structure in which at least one peak (maximum value) of pore distribution exists in the region of the first pore group and the region of the second pore group, respectively. Ceramic honeycomb structure, characterized in that made.
이하는, 본 발명의 보다 바람직한 구성의 일례를 나타내는데, 이 구성에만 한정되는 것은 아니다. ① 제 1 세공군의 영역에 있는 세공의 세공 직경 분포의 피크는, 세공 직경이 0.05 ∼ 1.0㎛ 의 범위에 존재하는 것, ② 상기 세공 직경 분포 곡선은, 세공 직경이 0.01 ∼ 1.0㎛ 의 범위가 log 미분 세공 용적의 값이 정수를 나타내어 연속하고 있는 것, ③ 상기 세공 직경 분포 곡선은 제 1 세공군 및 제 2 세공군의 각 영역에 나타내는 피크 (극대치) 사이의 세공 직경이 log 미분 세공 용적의 값이 정수를 나타내어 연속하고 있는 것, ④ 상기 격벽은, 두께가 0.05 ∼ 0.35mm 인 것, ⑤ 상기 세라믹 부재는, 주성분으로서 알루미나를 함유하는 것, ⑥ 복수개의 세라믹 부재를 조합할 경우, 각 부재 사이는 시일재층을 개재시키는 것, ⑦상기 세라믹 부재는, 이 격벽 표면 또는 이 격벽을 구성하고 있는 각각의 세라믹 입자 표면에 촉매가 부여된 것, ⑧ 이 허니컴 구조체는 차량의 배기 가스 정화용 장치로서 사용할 수 있는 것이다. Although the following shows an example of the more preferable structure of this invention, it is not limited only to this structure. (1) The peak of the pore diameter distribution of the pores in the region of the first pore group exists in the range of the pore diameter of 0.05 to 1.0 µm, and the ② the pore diameter distribution curve has the pore diameter of the range of 0.01 to 1.0 µm. The value of the log differential pore volume indicates an integer and is continuous. (3) The pore diameter distribution curve indicates that the pore diameter between peaks (maximum values) indicated in each region of the first pore group and the second pore group is the log differential pore volume. The value represents an integer and is continuous, ④ The partition wall has a thickness of 0.05 to 0.35 mm, ⑤ The ceramic member contains alumina as a main component, ⑥ When combining a plurality of ceramic members, each member Between the sealing material layer, ⑦ the ceramic member is provided with a catalyst on the surface of the barrier rib or the surface of each ceramic particle constituting the barrier rib, ⑧ the honeycomb structured body is As an exhaust gas purifying apparatus of the amount will be available.
도 1 은, 본 발명에 관련된 세라믹 허니컴 구조체의 세공 직경 분포 곡선의 일례를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing an example of the pore diameter distribution curve of the ceramic honeycomb structural body according to the present invention.
도 2a 는, 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체에 형성된 세공의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 2: A is sectional drawing which showed typically an example of the pore formed in the ceramic honeycomb structure of this invention.
도 2b, 2c 는, 종래인 세공의 형상을 모식적으로 나타낸 선단면도이다. 2B and 2C are sectional views schematically showing the shape of a conventional pore.
도 3a 는, 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 일례를 나타낸 사시도이다. 3A is a perspective view showing an example of the ceramic honeycomb structured body of the present invention.
도 3b 는 집합형 허니컴 필터의 일례를 나타낸 사시도이다. 3B is a perspective view showing an example of a collective honeycomb filter.
도 4 는, 다공질 세라믹 부재를 사용한 일체형 허니컴 필터의 사시도이다. 4 is a perspective view of an integrated honeycomb filter using a porous ceramic member.
도 5 는, 촉매 반응 장치의 개략선도이다. 5 is a schematic diagram of a catalytic reaction device.
도 6a 는, 본 발명에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (실시예 1) 이다. 6A is a graph (Example 1) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the present invention.
도 6b 는, 본 발명에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (실시예 2) 이다. 6B is a graph (Example 2) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the present invention.
도 6c 는, 본 발명에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (실시예 3) 이다. 6C is a graph (Example 3) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the present invention.
도 6d 는, 본 발명에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (실시예 4 ∼ 7) 이다. 6D is a graph (Examples 4 to 7) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the present invention.
도 7a 는, 비교예에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (비교예 1) 이다. 7A is a graph (Comparative Example 1) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the comparative example.
도 7b 는, 비교예에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (비교예 2) 이다. 7B is a graph (Comparative Example 2) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the comparative example.
도 7c 는, 비교예에 따른 허니컴 유닛에 관한 세공 직경과 세공 용적의 관계를 나타내는 그래프 (비교예 3) 이다. 7C is a graph (Comparative Example 3) showing the relationship between the pore diameter and the pore volume of the honeycomb unit according to the comparative example.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention
발명자는 배기 가스 정화 장치 등에 이용되는 다공질 세라믹제의 허니컴 구조체에 대해서, 이 구조체 (소결체) 의 세공 구조에 대해서 검토했다. 그 검토에 있어서, 발명자는 원료의 종류나 입도, 배합량, 배합 비율, 소성 온도 등을 조 정함으로써, 상기 구조체의 세공 직경 분포의 상태를 변화시킨 예에 대해서 조사했다. 그 결과, 발명자는 예를 들어 촉매 담체로서 이용되는 세라믹 허니컴 구조체의 경우, 기공률은 동일한 정도이어도, 세공 직경 분포의 차이에 의해, 정화 효율에 큰 차가 생기는 것을 알 수 있다. The inventor examined the pore structure of this structure (sintered compact) about the honeycomb structure made from porous ceramics used for an exhaust gas purification apparatus. In the examination, the inventor investigated the example which changed the state of the pore diameter distribution of the said structure by adjusting the kind, particle size, compounding quantity, compounding ratio, baking temperature, etc. of a raw material. As a result, the inventors have found that, for example, in the case of ceramic honeycomb structures used as catalyst carriers, even if the porosity is about the same, a large difference in purification efficiency occurs due to the difference in pore diameter distribution.
즉, 세라믹 소결체의 격벽의 세공 구조는 도 1 에 나타낸 바와 같이, 가로축을 세공 직경 (㎛) 으로 하고, 세로축을 log 미분 세공 용적 (㎠/g) 으로 한 수은 압입법으로 측정한 세공 직경 분포 곡선에 있어서, 제 1 세공군의 영역인 0.05 ∼ 150㎛ 의 범위에는 세공 직경 분포의 피크 (극대치) 가 1개 존재하고, 그리고 제 2 세공군의 영역인 0.006 ∼ 0.01㎛ 의 범위에는 세공 직경 분포의 피크가 1개 또는 복수, 바람직하게는 0.2㎛ 의 부근과 0.009㎛ 의 부근의 2부분에 존재하는 경우에, 촉매 반응성이 좋고, 배기 가스의 정화에 효과적이다. In other words, the pore structure of the partition wall of the ceramic sintered body has a pore diameter distribution curve measured by a mercury intrusion method with the horizontal axis as the pore diameter (µm) and the vertical axis as the log differential pore volume (cm 2 / g). In the range of 0.05-150 micrometers which is an area | region of a 1st pore group, one peak (maximum value) of a pore diameter distribution exists, and in the range of 0.006-0.01 micrometer which is an area | region of a 2nd pore group, When the peak is present in one or plural, preferably in two parts of the vicinity of 0.2 mu m and the vicinity of 0.009 mu m, the catalytic reactivity is good and is effective for purifying exhaust gas.
이러한 현상이 생기는 메카니즘에 대해서, 발명자는 아래와 같이 추측하고 있다. 도 2a 는, 제 1 세공군의 영역과, 제 2 세공군의 영역에 각각 세공 직경 분포의 피크가 존재하는 세라믹 부재, 특히 격벽 부분에 있어서의 표면 구조의 대표적 모식도이다. 이 표면 구조는 세공 직경의 크기가 0.05 ∼ 150㎛ 의 큰 구멍 직경 D1 의 세공과, 세공 직경이 0.06 ∼ 0.01㎛ 의 제 2 영역에 속하는 작은 구멍 직경 D2 의 세공이 도면에 나타낸 바와 같이 입체적 또는 동일한 평면상에 병렬하여 존재하는 예를 도시하고 있다. 또한, 본 발명은 도시한 표면 구조에만 한정되는 것은 아니고, 동일한 평면에 2종, 3종의 다른 구멍 직경의 것이 개구된 것 등이어도 된다. As for the mechanism by which such a phenomenon occurs, the inventor estimates as follows. FIG. 2A is a typical schematic diagram of a surface structure in a ceramic member, particularly a partition portion, in which peaks of pore diameter distribution exist in regions of the first pore group and regions of the second pore group, respectively. FIG. This surface structure is three-dimensional, as shown in the figure, pores having a large pore diameter D 1 having a pore diameter of 0.05 to 150 μm and pores having a small pore diameter D 2 belonging to the second region having a pore diameter of 0.06 to 0.01 μm. Or the example which exists in parallel on the same plane is shown. In addition, this invention is not limited only to the surface structure shown, The thing of 2 types and 3 types of different hole diameters opened in the same plane may be sufficient.
한편, 도 2b 및 도 2c 는 종래 구조체의 격벽에 있어서의 표면 구조의 모식도이고, 도 2b 는 작은 구멍 직경의 세공에만 존재하는 예이고, 도 2c 는 큰 구멍 직경의 세공에만 존재하는 예이다. 2B and 2C are schematic views of the surface structure in the partition of a conventional structure, FIG. 2B is an example which exists only in the pore of a small hole diameter, and FIG. 2C is an example which exists only in the pore of a large hole diameter.
이들 도면에 나타낸 것 중, 도 2a 에 나타낸 세공 구조는 소위 세공 내에도 구멍 직경이 상이한 복수 종의 세공을 갖는 예이다. 이 경우에 있어서, 큰 구멍 직경 D1 의 세공의 역할은 이 세공을 통해서 격벽 내부까지 배기 가스를 침투시키고, 이 격벽 내부에서도 가스의 반응이 효율적으로 진행되도록 하여, 반응 전후의 가스 교환의 고효율화를 목표로 하는 역할을 갖는 것으로 생각된다. 한편, 제 2 세공군에 속하는 작은 구멍 직경 D2 의 세공의 역할은 격벽 표면과 내부에 분산 담지된 촉매와 배기 가스의 반응을 촉진시키는 역할을 담당하는 것으로 생각된다. 그 결과, 본 발명에 적합한 상기 세공 구조를 갖는 것으로는, 배기 가스의 분자 등이, 촉매 담체의 벽 내부까지 침투되기 쉬워진다. Among those shown in these figures, the pore structure shown in FIG. 2A is an example having a plurality of types of pores having different pore diameters in the so-called pores. In this case, the role of the pores of the large pore diameter D 1 is to penetrate the exhaust gas through the pores to the inside of the partition walls, so that the reaction of the gas proceeds efficiently even inside the partition walls, thereby improving the efficiency of gas exchange before and after the reaction. It is thought to have a role to be targeted. On the other hand, the role of the pores of the small pore diameter D 2 belonging to the second pore group is considered to play a role of promoting the reaction of the catalyst and the exhaust gas dispersed and supported on the partition surface and inside. As a result, as having the pore structure suitable for the present invention, molecules of the exhaust gas and the like easily penetrate into the walls of the catalyst carrier.
한편, 도 2b 에 나타낸 세공 구조는, 가스가 격벽 내부까지 침투하지 않고, 벽 내부에서의 촉매의 반응이 약해진다. 또한, 도 2c 에 나타낸 세공 구조는, 벽 내부에까지 침투하지만, 촉매와의 반응을 촉진할 수 없다. On the other hand, in the pore structure shown in FIG. 2B, gas does not penetrate into the partition walls, and the reaction of the catalyst in the walls is weakened. In addition, although the pore structure shown in FIG. 2C penetrates into the inside of a wall, reaction with a catalyst cannot be promoted.
본 발명에 바람직한 실시 형태인 세공 구조는, 예를 들어 촉매 담체를 구성하고 있는 고비표면적 재료인 알루미나 등의 입경이나 조성을 변화시킴으로써 형성할 수 있고, 허니컴 구조체의 촉매 활성을 높이는 수단으로 하여 유효하다. 예 를 들어, 촉매 담체를 구성하고 있는 상기 각 알루미나의 입경을 변화시키고, 도 1 에 나타낸 바와 같은 세공 직경 분포 곡선을 나타내는 바와 같은 세공 구조로 한 세라믹 허니컴 구조체의 경우, 배기 가스의 정화 특성이 특히 양호하다. The pore structure which is the preferred embodiment of the present invention can be formed, for example, by changing the particle size or composition of alumina, which is a high specific surface area material constituting the catalyst carrier, and is effective as a means for increasing the catalytic activity of the honeycomb structured body. For example, in the case of a ceramic honeycomb structure having a pore structure in which a particle diameter of each of the aluminas constituting the catalyst carrier is changed and a pore diameter distribution curve as shown in FIG. Good.
즉, 세라믹 허니컴 구조체는 격벽의 세공 직경 분포 곡선이 도 1 에 나타낸 바와 같은 분포를 나타낼 때, 세공 직경이 0.05 ∼ 150㎛ 인 세공으로 이루어지는 제 1 세공군의 영역과, 세공 직경이 0.006 ∼ 0.01㎛ 인 세공으로 이루어지는 제 2 세공군의 영역으로 2개로 나누었을 경우, 각각의 영역에 피크 (극대치) 를 갖도록 세공 구조로 했을 경우, 배기 가스의 정화 효율을 높일 수 있다. That is, in the ceramic honeycomb structure, when the pore diameter distribution curve of the partition wall shows a distribution as shown in Fig. 1, the region of the first pore group consisting of pores having a pore diameter of 0.05 to 150 m and a pore diameter of 0.006 to 0.01 m When dividing into two into the area | region of the 2nd pore group which consists of phosphorus pores, when it is set as a pore structure so that each area may have a peak (maximum value), the purification efficiency of exhaust gas can be improved.
이와 같이 구성된 세라믹 허니컴 구조체에 있어서, 격벽 (셀 벽) 의 세공 분포를, 특히 제 2 세공군 (0.006 ∼ 0.01㎛) 에 있는 세공에 대해서도, 이 영역에서 피크를 갖도록 했을 경우, 격벽 전체가 고비표면적이 되고, 촉매 금속의 입자도 작게 할 수 있음과 함께, 분산율을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 배기 가스와 촉매 금속 및/또는 NOx 흡장제와의 접촉률(효율)이 높아져, 배기 가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. In the ceramic honeycomb structure structured as described above, when the pore distribution of the partition wall (cell wall) is made to have a peak in this region, especially for the pores in the second pore group (0.006 to 0.01 µm), the entire partition wall has a high specific surface area. As a result, the particles of the catalyst metal can be made small, and the dispersion rate can be improved. Therefore, the contact rate (efficiency) of the exhaust gas with the catalyst metal and / or the NOx storage agent is increased, and the purification efficiency of the exhaust gas can be improved.
이 경우, 격벽의 표면은 비표면적이 커지는 점에서 높은 반응성을 확보할 수 있게 되지만, 이러한 세공 분포를 갖는 세라믹 허니컴 구조체는 각 세공의 구멍 직경이 작은 점에서, 격벽의 두께 방향의 내부에까지 가스를 충분히 침투시키는 것은 어렵고, 격벽 내부에서의 촉매 반응은 잘 일어나지 않게 되는 것을 알 수 있다. In this case, the surface of the partition can ensure high reactivity in that the specific surface area becomes large. However, the ceramic honeycomb structure having such pore distribution has a small hole diameter in each pore, so that the gas flows inside the partition wall in the thickness direction. It can be seen that it is difficult to sufficiently infiltrate the catalytic reaction inside the partition wall.
그래서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상기 제 1 세공군 (0.05 ∼ 150㎛) 의 세공 직경 분포에도 피크가 생길 수 있는 격벽 세공 구조로 했다. 그 결과, 이 격벽은 두께 방향의 깊은 곳까지 가스가 침투하기 쉬워지고, 나아가서는 격벽의 내면에서도 가스의 정화 반응이 일어나, 전체적인 반응성의 향상으로 연결된다. Therefore, in preferable embodiment of this invention, it was set as the partition pore structure which a peak may generate | occur | produce in the pore diameter distribution of the said 1st pore group (0.05-150 micrometers). As a result, the gas easily penetrates to the depth in the thickness direction, and furthermore, the purification reaction of the gas also occurs on the inner surface of the partition, leading to an improvement in overall reactivity.
또한, 본 발명에 있어서, 제 1 세공군에 속하는 세공의 세공 직경 분포는 0.05 ∼ 1.0㎛ 의 영역에서 1 이상의 피크가 존재하도록 구성된다. 이러한 격벽 구조로 하면, 가스가 내부에까지 침투하기 쉬워지는 것을 알 수 있다. In addition, in this invention, the pore diameter distribution of the pore which belongs to a 1st pore group is comprised so that a 1 or more peak may exist in the range of 0.05-1.0 micrometer. With such a partition structure, it can be seen that gas easily penetrates inside.
또한, 격벽의 두께는 상기 세공 구조와의 관련에 있어서, 0.05 ∼ 0.35mm 정도, 바람직하게는 0.10 ∼ 0.30mm 정도, 보다 바람직하게는 0.15 ∼ 0.25mm 정도로 한다. 그 이유는, 벽 두께가 0.35mm 를 초과할 때까지는, 배기 가스와의 접촉 면적이 격벽의 내부에까지 침투하기 쉬워, 촉매 성능의 향상을 기대할 수 있기 때문이다. 한편, 격벽의 두께가 0.05mm 미만에서는, 강도가 저하될 우려가 있다. The thickness of the partition wall is about 0.05 to 0.35 mm, preferably about 0.10 to 0.30 mm, and more preferably about 0.15 to 0.25 mm in relation to the pore structure. The reason for this is that the contact area with the exhaust gas easily penetrates into the interior of the partition wall until the wall thickness exceeds 0.35 mm, thereby improving the catalyst performance. On the other hand, when the thickness of a partition is less than 0.05 mm, there exists a possibility that intensity | strength may fall.
또한, 상기 세라믹 허니컴 구조체에 있어서, 상기 세공 직경 분포 곡선은 제 1 세공군에 속하는 세공 중 세공 직경이 0.01 ∼ 1.0㎛ 의 범위, 및/또는 제 1, 제 2 세공군에 나타내는 각 피크치 사이의 영역에 대해서는 log 미분 세공 용적의 값이 정수를 나타내어 연속하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 1 의 적산 세공 용적 (cc/g) 의 그래프 (파선으로 나타낸다) 에 나타낸 바와 같이 이 곡선은 연속적으로 상승하고 있는 것이 바람직하다. 이 상태라면, 자동차에서 배출되는 배기 가스 성분의 분자의 크기 등에 의한 흡착의 용이성에도 불구하고, 폭넓은 가스 종류의 정화를 가능하게 한다고 생각된다. In the above ceramic honeycomb structure, the pore diameter distribution curve has a pore diameter in the range of 0.01 to 1.0 µm among pores belonging to the first pore group, and / or a region between each peak value shown in the first and second pore groups. For, it is preferable that the value of the log differential pore volume represents an integer and be continuous. That is, as shown in the graph (indicated by the broken line) of the integrated pore volume (cc / g) in FIG. 1, it is preferable that this curve is continuously rising. If it is in this state, it is thought that it is possible to purify a wide range of gas types in spite of the ease of adsorption by the size of the molecule | numerator of exhaust gas components discharged | emitted from automobiles.
본 발명의 바람직한 실시 형태의 세라믹 허니컴 구조체는 다수의 관통공 (셀) 이 격벽을 사이에 두고 병렬 배치된 주상 허니컴 구조의 다공질 세라믹 부재 (이하, 간단히 「허니컴 유닛」으로 약기한다) 를 구성 단위로 하여 1개 또는 복수개를 조합하여 형성된다. 즉, 본 발명에 있어서, 간단히 세라믹 허니컴 구조체라고 할 때에는, 허니컴 유닛 복수개를 시일재층을 개재시켜 결속한 것 (이하, 「집합형 허니컴 구조체」라고 한다) 이외에, 전체가 단일의 허니컴 유닛만으로 이루어지는 것 (이하, 「일체형 허니컴 구조체」라고 한다) 의 양쪽을 포함하는 것이다. In the ceramic honeycomb structure according to the preferred embodiment of the present invention, a porous ceramic member having a columnar honeycomb structure in which a plurality of through holes (cells) are arranged in parallel with a partition wall (hereinafter, simply abbreviated as "honeycomb unit") as a structural unit It is formed by combining one or more. That is, in the present invention, when simply referred to as a ceramic honeycomb structure, the whole honeycomb unit is formed of only a single honeycomb unit other than the plurality of honeycomb units bound together via a sealing material layer (hereinafter referred to as an "integrated honeycomb structure"). (Hereinafter referred to as an "integrated honeycomb structure").
상기 집합체형 허니컴 구조체는, 이웃하는 허니컴 유닛 사이를 시일하기 위한 시일재층이 필요하고, 최외층 부분에는 코팅재층을 형성할 수 있다. 그러나, 일체형 허니컴 구조체의 경우, 단일의 허니컴 유닛으로 이루어지기 때문에 적어도 허니컴 유닛 상호간에 개재시키는 상기 시일재층은 필요없다. The aggregate honeycomb structure requires a sealing material layer for sealing between neighboring honeycomb units, and may form a coating material layer on the outermost layer portion. However, in the case of the integrated honeycomb structured body, since it consists of a single honeycomb unit, at least the sealant layer interposed between the honeycomb units is not necessary.
도 3a 는 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 일례인 집합형 허니컴 구조체에 이용되는 다공질 세라믹 부재 (허니컴 유닛 (11)) 의 일례를 나타낸 일부를 생략하여 나타내는 사시도이다. 도 3b 는 도 3a 에 나타낸 허니컴 유닛의 복수개를 조합하여 집합형 허니컴 구조체로 한 배기 가스 정화 장치의 사시도이다. 이 집합형 허니컴 구조체에 있어서, 상기 허니컴 유닛 (11) 은 가스 유로로 이루어지는 다수의 관통공 (셀) (12) 과 격벽 (셀 벽) (13) 을 갖는다. 이 허니컴 유닛 (11) 의 형상은 허니컴 유닛 (11) 끼리를 접합하기 쉬운 형상으로 하는 것이 바람직하고, 관통공에 직교하는 면의 단면 형상이 정사각형이나 직사각형, 육각형, 팬(fan) 형상 등 또는 이들을 적절히 조합한 것을 생각할 수 있다. FIG. 3A is a perspective view showing a part of an example of a porous ceramic member (honeycomb unit 11) used in an aggregate honeycomb structure that is an example of the ceramic honeycomb structure of the present invention. FIG. 3B is a perspective view of an exhaust gas purifying apparatus in which a plurality of honeycomb units shown in FIG. 3A are combined to form an aggregate honeycomb structure. FIG. In the collective honeycomb structured body, the
도 3b 에 나타낸 바와 같이, 집합형 허니컴 구조체 (10) 는, 복수개의 허니컴 유닛 (11) 이 시일재층 (14) 을 개재하여 복수개 결속시켜 블록 형상으로 한 것으로서, 바람직하게는 이 블록의 외주 주위에는 배기 가스의 누설을 방지하거나, 강도를 확보하기 위한 코팅재층 (16) 을 형성해도 된다. As shown in FIG. 3B, the
이 집합형 허니컴 구조체의 특징 중 하나는 열충격이나 진동에 대한 강도가 높다는 점에 있다. 그 이유는 허니컴 구조체에 급격한 온도 변화 등에 의해 온도 분포가 생기는 경우에도, 이 구조체 내에서의 온도차를 작게 억제할 수 있다는 점 및 열충격을 상기 시일재층 (14) 에 의해 완화시킬 수 있기 때문으로 추찰된다. 특히, 상기 시일재층 (14) 은 예를 들어 허니컴 유닛이 열응력 등에 의해 크랙을 생기게 한 경우에 있어서도, 그 유닛에 발생된 크랙이 허니컴 구조체 전체에 진전되는 것을 방지하는데도 유효하고, 또한, 허니컴 구조체 본체 (프레임) 의 일부로서의 역할도 담당함으로써, 허니컴 구조체로서의 형상을 유지하고, 촉매 담체로서의 기능을 잃지 않도록 하는 데에 유효하다고 생각된다. One of the characteristics of this collective honeycomb structure is its high strength against thermal shock and vibration. The reason for this is inferred that even when a temperature distribution occurs due to a sudden temperature change or the like in the honeycomb structure, the temperature difference in the structure can be reduced to a small degree, and the thermal shock can be alleviated by the
집합형 허니컴 구조체를 구성하는 상기 허니컴 유닛 (11) 은 다공질 세라믹제로서, 관통공 (12) 과 직교하는 단면의 면적 (유닛 자체의 크기, 이하, 간단히 「단면적」이라 한다) 의 크기가 5 ∼ 50㎠ 정도인 것이 바람직하다. 그 이유는, 이 단면적이 5㎠ 정도 미만에서는 복수의 허니컴 유닛을 접합하는 시일재층 (14) 의 단면적이 커지고, 압력 손실이 커지는 것 이외에, 촉매를 담지하는 비표면적이 상대적으로 작아지기 때문에 촉매 성분을 고효율 분산시킬 수 없게 된다. 한편, 단면적이 50㎠ 정도를 초과하면, 이 허니컴 유닛의 크기가 지나치게 커져, 각각의 허니컴 유닛에 발생하는 열응력을 충분히 억제할 수 없게 된다. 또한, 이 단면적은 6 ∼ 40㎠ 정도가 바람직하고, 나아가 8 ∼ 30㎠ 정도의 크기로 하는 것이 보다 바람직하다. The
또한, 이 허니컴 유닛 (11) 은 단면적의 크기를 상기의 범위로 하면, 비표면적을 크게 유지하면서 압력 손실을 적게 억제할 수 있는 것 이외에 열충격 (열응력) 에 대하여 충분한 강도를 나타내고, 또한, 높은 내진동성이나 내구성을 나타내기 때문에 실용적이다. In addition, when the size of the
여기서, 상기 허니컴 유닛의 단면적은, 허니컴 구조체가 단면적이 다른 복수의 허니컴 유닛을 조합할 때에는 허니컴 구조체를 구성하는 기본 유닛으로 되어 있는 허니컴 유닛의 단면적을 의미하고, 통상, 단면적이 최대인 것을 의미한다. 또한, 허니컴 구조체의 단면적에 대한 허니컴 유닛의 총단면적이 차지하는 비율은 85% 정도 이상으로 하는 것이 바람직하고, 90% 이상이 보다 바람직하다. 그 이유는 이 허니컴 유닛의 비율이 85% 미만에서는 총단면적에 차지하는 허니컴 유닛의 비율이 감소되기 때문에, 촉매를 담지하는 비표면적이 상대적으로 작아지고, 시일재층 (14) 의 단면적이 상대적으로 커짐으로써 그 분만큼 압력 손실이 커지기 때문이다. 또한, 이 비율은 90% 이상으로 하면, 압력 손실을 보다 적게 할 수 있다. Here, the cross-sectional area of the honeycomb unit means the cross-sectional area of the honeycomb unit that is a basic unit constituting the honeycomb structure when the honeycomb structure combines a plurality of honeycomb units having different cross-sectional areas, and usually means that the cross-sectional area is the maximum. . In addition, the ratio of the total cross-sectional area of the honeycomb unit to the cross-sectional area of the honeycomb structure is preferably about 85% or more, and more preferably 90% or more. The reason is that when the ratio of the honeycomb unit is less than 85%, the ratio of the honeycomb unit to the total cross-sectional area is reduced, so that the specific surface area carrying the catalyst is relatively small, and the cross-sectional area of the sealing
세라믹 허니컴 구조체에 있어서, 허니컴 유닛 본체를 구성하는 재료는 고비표면적을 갖는 세라믹 입자를 사용하는 것이 바람직하다. In the ceramic honeycomb structured body, it is preferable to use ceramic particles having a high specific surface area as the material constituting the honeycomb unit body.
예를 들어 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 산화세륨, 물라이트 (mullite), 제오라이트에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 입자를 사용할 수 있지만, 이 중에서는 알루미나의 사용이 바람직하다. For example, one kind or two or more kinds of particles selected from alumina, silica, zirconia, titania, cerium oxide, mullite, zeolite can be used, but alumina is preferred among them.
이러한 허니컴 유닛의 기공률은 20 ∼ 80% 정도, 바람직하게는 50 ∼ 70% 정도로 한다. 그 이유는, 기공률이 20% 정도 미만이면, 벽 내부까지 가스를 충분히 침투시킬 수 없는 경우가 있고, 한편, 기공률이 80% 정도를 초과하면, 세라믹 부재의 강도가 저하되어, 용이하게 파괴되는 경우가 있다. The porosity of such honeycomb unit is about 20 to 80%, preferably about 50 to 70%. The reason is that if the porosity is less than about 20%, gas may not be sufficiently penetrated to the inside of the wall. On the other hand, if the porosity exceeds about 80%, the strength of the ceramic member is lowered and is easily destroyed. There is.
또한, 기공률은 예를 들어 수은 압입법, 아르키메데스법 및 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 측정 등, 종래 공지의 방법에 의해 측정할 수 있다. In addition, a porosity can be measured by a conventionally well-known method, such as the measurement by a mercury intrusion method, an Archimedes method, and a scanning electron microscope (SEM), for example.
그런데, 상기한 세라믹 허니컴 구조체는 제 1 형태의 무기 재료 (비표면적이 큰 무기 재료) 에 제 2 형태의 무기 재료와 같은 이종 재료를 혼합함으로써 제조한 다공질 허니컴 세라믹 부재 (허니컴 유닛) 로 구성할 수 있다 (이하, 이를 「고비표면적 허니컴 유닛」이라고 한다). By the way, the above-mentioned ceramic honeycomb structure can be comprised with the porous honeycomb ceramic member (honeycomb unit) manufactured by mixing the heterogeneous material like the inorganic material of a 2nd form with the inorganic material of a 1st form (an inorganic material with a large specific surface area). (Hereinafter, it is called a "high specific surface area honeycomb unit.").
이 고비표면적 허니컴 유닛은 적어도 세라믹 입자와 무기 바인더를 함유하고 있는 것, 또한, 세라믹 입자와 무기 보강재와 무기 바인더를 함유하고 있는 것이 바람직하다. It is preferable that this high specific surface area honeycomb unit contains at least ceramic particles and an inorganic binder, and also contains ceramic particles, an inorganic reinforcing material and an inorganic binder.
이러한 허니컴 유닛은 무기입자를 무기 바인더로 결합 (접착)시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 무기입자를 비표면적의 큰 입자로 구성하면, 이 허니컴 유닛은, 높은 단위 부피 당의 비표면적이 커지고, 또한, 허니컴 형상을 안정적으로 유지하기 위한 강도를 갖는 허니컴 구조체를 얻는데도 유효해진다. Such honeycomb unit can bond (adhesive) the inorganic particles to the inorganic binder. In this case, when the inorganic particles are composed of large particles having a specific surface area, the honeycomb unit is effective for obtaining a honeycomb structure having a high specific surface area per high unit volume and having a strength for stably maintaining a honeycomb shape. Become.
또한, 이 허니컴 유닛은 무기 보강재를 첨가함으로써, 보다 높은 강도가 부 여되어, 단위 부피 당의 고표면적을 갖는 허니컴 구조체를 얻을 수 있게 된다. In addition, by adding an inorganic reinforcing material, the honeycomb unit is provided with a higher strength, thereby obtaining a honeycomb structure having a high surface area per unit volume.
따라서, 이러한 허니컴 유닛으로 이루어지는 허니컴 구조체는 촉매 성분을 구조체 전체에 널리 분산시켜 담지할 수 있게 되기 때문에, 높은 비표면적을 확보할 수 있다. 또한, 이 유닛에 대해서는, 예를 들어 세라믹 입자가 충분히 소결되어 있지 않는 경우에도, 열충격이나 진동이 가해지는 상황 하 (예를 들어 차량 탑재로서 사용되는 경우) 에 있어서의 형상의 유지가 가능하다. Therefore, the honeycomb structured body composed of such a honeycomb unit can disperse and support the catalyst component throughout the structure, thereby ensuring a high specific surface area. In addition, about this unit, even if ceramic particle is not fully sintered, the shape maintenance in the case of heat shock and a vibration (for example, when used as a vehicle mounting) is possible.
고비표면적 허니컴 유닛의 제작에 해당하여 이용되는 상기 제 1 형태의 무기 재료로는 소정 애스펙트비 (긴 변/짧은 변) 를 갖는 무기 재료 (고비표면적입자) 이며, 제 2 형태의 무기 재료와는 상기 소정 애스펙트비보다도 큰 애스펙트비를 갖는 무기 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료 배합에 관련된 허니컴 유닛은 애스펙트비가 큰 제 2 형태의 무기 재료를 첨가함으로써, 허니컴 유닛의 강도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 제 2 형태의 무기 재료는 애스펙트비가 2 ∼ 1000 인 것, 바람직하게는 5 ∼ 800 인 것, 보다 바람직하게는 10 ∼ 500 인 것이 좋다. 그 이유는, 이 제 2 형태의 무기 재료는 애스펙트비가 2 미만인 경우에는 허니컴 구조체의 강도 향상에 대한 기여가 적고, 한편, 1000 을 초과하는 경우에는 성형시에 성형용 금형에 막힘을 일으키기 쉽고, 성형성이 나빠지는 경우가 있다. 또한, 압출 성형 등의 성형시에 무기 재료가 꺾여, 길이에 편차가 생겨 허니컴 구조체의 강도 향상에 대한 기여가 작아지기 때문이다. 또한, 이 제 2 형태의 무기 재료의 애스펙트비에 분포가 있을 때에는, 그 평균치를 사용하여 판단하면 된다. The inorganic material of the first type used in the manufacture of the high specific surface area honeycomb unit is an inorganic material (high specific surface area particles) having a predetermined aspect ratio (long side / short side), and the inorganic material of the second type An inorganic material having an aspect ratio larger than the predetermined aspect ratio can be used. The honeycomb unit related to such material blending can improve the strength of the honeycomb unit by adding an inorganic material of the second aspect having a large aspect ratio. Here, the inorganic material of a 2nd aspect has an aspect ratio of 2-1000, Preferably it is 5-800, More preferably, it is 10-500. The reason is that, when the aspect ratio is less than 2, the inorganic material of the second aspect contributes little to the improvement of the strength of the honeycomb structure. On the other hand, the inorganic material of the second aspect tends to cause clogging in the molding die during molding. The sex may be worse. Moreover, this is because the inorganic material is bent during molding such as extrusion molding, and the length of the inorganic material is deviated, so that the contribution to the strength improvement of the honeycomb structure becomes small. In addition, what is necessary is just to use a mean value, when there is distribution in the aspect ratio of this inorganic material of a 2nd aspect.
본 발명에 있어서는, 상기 제 1 형태의 무기 재료를 고비표면적을 갖는 세라 믹 입자로 하고, 제 2 형태의 무기 재료를 무기 섬유로 한 것이어도 된다. 이러한 구성으로 하면, 무기 섬유에 의해 허니컴 유닛의 강도가 향상되기 때문이다. In this invention, the inorganic material of the said 1st form may be made into the ceramic particle which has a high specific surface area, and the inorganic material of the 2nd form may be made into the inorganic fiber. This is because the strength of the honeycomb unit is improved by the inorganic fibers.
또한, 제 1 형태의 무기 재료를 소정의 입경을 갖는 세라믹 입자로 하고, 제 2 형태의 무기 재료를 상기 제 1 형태의 무기 재료의 입경보다도 큰 입경을 갖는 세라믹 입자로 해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 입경이 큰 세라믹 입자에 의해 허니컴 유닛의 강도가 향상된다. The inorganic material of the first aspect may be ceramic particles having a predetermined particle size, and the inorganic material of the second aspect may be ceramic particles having a particle size larger than that of the inorganic material of the first aspect. With such a configuration, the strength of the honeycomb unit is improved by the ceramic particles having a large particle size.
상기 제 2 형태의 무기 재료는 제 1 형태의 무기 재료의 입경의 5배 이상의 입경인 것이 바람직하고, 제 1 형태의 무기 재료의 입경의 10 ∼ 30배의 입경인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 이 제 2 형태의 무기 재료인 세라믹 입자는 입경이 10 ∼ 60㎛ 정도인 것이 바람직하고, 20 ∼ 50㎛ 정도인 것이 보다 바람직하다. 그 이유는, 입경이 10㎛ 미만에서는 허니컴 구조체의 강도를 충분히 높일 수 없고, 한편, 60㎛ 을 초과하면, 성형시에 성형용 금형에 막힘 등을 일으키기 쉬워, 성형성이 나빠지는 경우가 있기 때문이다. It is preferable that it is 5 times or more of the particle diameter of the inorganic material of a 1st aspect, and, as for the inorganic material of a 2nd aspect, it is more preferable that it is 10-30 times the particle diameter of the inorganic material of a 1st aspect. Specifically, it is preferable that the particle diameter of the ceramic particle which is the inorganic material of this 2nd form is about 10-60 micrometers, and it is more preferable that it is about 20-50 micrometers. The reason is that when the particle size is less than 10 m, the strength of the honeycomb structure cannot be sufficiently increased. On the other hand, when the particle size exceeds 60 m, it is easy to cause clogging in the molding die during molding, and the moldability may be deteriorated. to be.
여기서, 제 1 형태의 무기 재료의 입경이나 제 2 형태의 무기 재료의 입경에 분포가 있을 때에는 그 평균치를 사용하면 된다. 또한, 제 2 형태의 무기 재료의 세라믹 입자는 상기한 제 1 형태의 무기 재료의 세라믹 입자와 다른 종류인 것을 선택해도 되고, 제 2 형태의 무기 재료의 세라믹 입자와 동종이며 형상이 다른 것 (입자 형상) 이나 물성이 다른 것 (예를 들어 결정형이 다르고 융해 온도가 다른 것 등) 을 선택해도 된다. Here, when there is distribution in the particle size of the inorganic material of the first aspect and the particle size of the inorganic material of the second aspect, the average value may be used. The ceramic particles of the inorganic material of the second aspect may be selected from a kind different from the ceramic particles of the inorganic material of the first aspect described above, and may be the same type and different in shape as the ceramic particles of the inorganic material of the second aspect (particles You may select a different shape or physical properties (for example, different crystal forms and different melting temperatures).
또한, 제 2 형태의 무기 재료가 세라믹 입자일 경우에는, 이 재료의 입경은 크기에 의해 허니컴 구조체의 강도를 높일 수 있기 때문에, 제 1 형태의 무기 재료와 애스펙트비가 동일해도 된다. In the case where the inorganic material of the second aspect is ceramic particles, the particle diameter of the material can increase the strength of the honeycomb structure by the size, and therefore the aspect ratio may be the same as the inorganic material of the first aspect.
제 1 형태의 무기 재료로서, 세라믹 입자가 이용되는 경우, 이 세라믹 입자로서는, 비표면적이 큰 것이 바람직하고, 예를 들어 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 산화세륨 및 물라이트에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 입자를 사용할 수 있지만, 이들 중에서는 알루미나가 특히 바람직하다. In the case where ceramic particles are used as the inorganic material of the first aspect, the ceramic particles preferably have a large specific surface area, for example, one selected from alumina, silica, zirconia, titania, cerium oxide, and mullite, or Although two or more kinds of particles can be used, alumina is particularly preferred among these.
또한, 제 2 형태의 무기 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질화 티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 탄화 티탄, 탄화 탄탈, 탄화 텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디어라이트, 물라이트, 지르코니아 등의 산화물 세라믹을 사용할 수 있다. Moreover, although it does not specifically limit as an inorganic material of a 2nd aspect, For example, nitride ceramics, such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, titanium nitride, silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, tungsten carbide, etc. Oxide ceramics such as carbide ceramics, alumina, zirconia, cordierite, mullite and zirconia can be used.
제 1, 제 2 형태의 무기 재료로서, 무기 섬유가 이용되는 경우, 그 무기 섬유로서는, 예를 들어 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 유리, 티탄산 칼륨, 붕산 알루미늄 등으로 이루어지는 세라믹 섬유나, 예를 들어 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 산화세륨, 물라이트, 탄화 규소 등으로 이루어지는 위스커(whisker)를 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 이용되어도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 상기 무기 섬유의 중에서는 알루미나 섬유가 바람직하다. When the inorganic fiber is used as the inorganic material of the first and second aspects, examples of the inorganic fiber include ceramic fibers made of alumina, silica, silica-alumina, glass, potassium titanate, aluminum borate, and the like. For example, a whisker made of alumina, silica, zirconia, titania, cerium oxide, mullite, silicon carbide, or the like can be used. These may be used independently and may use two or more types together. Of the inorganic fibers, alumina fibers are preferable.
제 1 형태의 무기 재료 (세라믹 입자 등) 의 배합량은 30 ∼ 97mass% 정도, 바람직하게는 30 ∼ 90mass%、보다 바람직하게는 40 ∼ 80mass%、더욱 바람직하게는 50 ∼ 75mass% 가 된다. 그 이유는, 제 1 형태의 배합량이 30mass% 보 다 적으면, 허니컴 구조체로서의 비표면적이 작아지고, 촉매 성분을 담지할 때에 촉매 성분을 대부분 분산시킬 수 없게 된다. 한편, 97mass% 를 초과하면, 강도 향상에 기여하는 제 2 형태의 무기 재료 (무기 섬유 등) 의 배합량이 적어지기 때문에, 허니컴 구조체의 강도가 저하된다고 생각된다. The compounding quantity of the inorganic material (ceramic particle etc.) of a 1st aspect is about 30-97 mass%, Preferably it is 30-90 mass%, More preferably, it is 40-80 mass%, More preferably, it becomes 50-75 mass%. The reason for this is that when the blending amount of the first embodiment is less than 30 mass%, the specific surface area of the honeycomb structure becomes small, and when the catalyst component is supported, most of the catalyst component cannot be dispersed. On the other hand, when it exceeds 97 mass%, since the compounding quantity of the inorganic material (inorganic fiber etc.) of the 2nd aspect which contributes to strength improvement becomes small, it is thought that the strength of a honeycomb structure is reduced.
제 2 형태의 무기 재료 (무기 섬유, 위스커 등) 의 배합량은 3 ∼ 70mass% 정도, 바람직하게는 3 ∼ 50mass%、보다 바람직하게는 5 ∼ 40mass%、더욱 바람직하게는 8 ∼ 30mass% 가 좋다. 그 이유는, 제 2 형태의 무기 재료의 함유량이 3mass% 미만에서는 허니컴 구조체의 강도가 저하되고, 한편, 70mass% 을 초과하면, 비표면적의 향상에 기여하는 제 1 형태의 형태의 무기 재료 (세라믹 입자 등) 의 배합량이 상대적으로 적어지기 때문에, 허니컴 구조체로서의 비표면적이 작아지고, 촉매 성분을 많이 분산시킬 수 없게 되는 것으로 생각된다. The compounding quantity of the inorganic material (inorganic fiber, whisker etc.) of a 2nd aspect is about 3-70 mass%, Preferably it is 3-50 mass%, More preferably, it is 5-40 mass%, More preferably, 8-30 mass% is good. The reason is that when the content of the inorganic material of the second aspect is less than 3 mass%, the strength of the honeycomb structure is lowered. On the other hand, when the content of the inorganic material of the second aspect exceeds 70 mass%, the inorganic material of the form of the first aspect which contributes to the improvement of the specific surface area (ceramic Since the compounding quantity of particle | grains etc. becomes comparatively small, it is thought that the specific surface area as a honeycomb structure becomes small, and it becomes impossible to disperse a lot of catalyst components.
허니컴 유닛의 제조에 있어서는 무기 바인더를 사용할 수 있다. 이 무기 바인더는, 허니컴 유닛의 소성 온도를 낮게 해도 높은 강도를 얻을 수 있기 때문에 유효하다. 그 무기 바인더로서는, 예를 들어 무기 졸이나 점토계 바인더 등을 사용할 수 있다. 이들 중, 무기 졸로서는, 예를 들어 알루미나 졸, 실리카 졸, 티타니아 졸 및 물 유리(water glass) 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 무기 졸을 사용할 수 있다. 점토계 바인더로서는, 예를 들어 백토(clay), 카올린(kaoline), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 복쇄구조형 점토 (세피오라이트(sepiolite), 애타풀자이트(attapulgite)) 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 점토계 바인더 등을 사용할 수 있다. In manufacture of a honeycomb unit, an inorganic binder can be used. This inorganic binder is effective because high strength can be obtained even if the firing temperature of the honeycomb unit is low. As this inorganic binder, an inorganic sol, a clay binder, etc. can be used, for example. Among these, as the inorganic sol, for example, one kind or two or more kinds of inorganic sols selected from alumina sol, silica sol, titania sol, water glass, and the like can be used. As the clay-based binder, for example, one or two or more clays selected from clay, kaoline, montmorillonite, cyclic clay (sepiolite, attapulgite), or the like Binders and the like can be used.
이 무기 바인더의 배합량은 제 1 형태의 무기 재료를 제 2 형태의 무기 재료를 합친 양을 100질량부에 대하여, 고형분으로 하여, 50질량부 이하, 바람직하게는 5 ∼ 50질량부, 보다 바람직하게는 10 ∼ 40질량부, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 35질량부가 좋다. 그 이유는 무기 바인더의 함유량이 50질량부를 초과하면 성형성(formability)이 악화되는 것으로 생각된다. The compounding quantity of this inorganic binder is 50 mass parts or less, Preferably it is 5-50 mass parts, More preferably, making solid content the amount which combined the inorganic material of a 1st form into the inorganic material of a 2nd form with respect to 100 mass parts. 10-40 mass parts, More preferably, 15-35 mass parts is good. The reason is considered that formability deteriorates when content of an inorganic binder exceeds 50 mass parts.
상기 허니컴 유닛에 형성된 관통공의 수는 단위 단면적 당 15.5 ∼ 186개/㎠ (100 ∼ 1200cpi) 정도로 하는 것이 바람직하고, 46.5 ∼ 170.5개/㎠ (300 ∼ 1100cpsi) 이 보다 바람직하고, 62.0 ∼ 155개/㎠ (400 ∼ 1000cpsi) 이 더욱 바람직하다. 그 이유는, 관통공의 수가 15.5개/㎠ 미만에서는, 다공질 허니컴 유닛 내부의 배기 가스와 접촉하는 벽의 면적이 작아지고, 한편, 186개/㎠ 을 초과하면, 압력 손실이 높아져, 허니컴 유닛의 제작이 곤란해지기 때문이라고 생각된다The number of through holes formed in the honeycomb unit is preferably about 15.5 to 186 pieces / cm 2 (100 to 1200 cpi) per unit cross-sectional area, 46.5 to 170.5 pieces / cm 2 (300 to 1100 cpsi), and more preferably 62.0 to 155 pieces. / Cm 2 (400-1000 cpsi) is more preferable. The reason for this is that when the number of through holes is less than 15.5 / cm 2, the area of the wall in contact with the exhaust gas inside the porous honeycomb unit decreases, while when it exceeds 186 / cm 2, the pressure loss becomes high, I think it is because production becomes difficult
이 허니컴 유닛에 형성된 관통공의 단면 형상은 대략 삼각형이나 대략 육각형으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 압력 손실이나 배기의 정화 성능 등을 저하시키지 않고 허니컴 유닛의 강도를 높여 세라믹 허니컴 구조체의 강도 (예를 들어 아이소스태틱(isostatic) 강도 등) 를 높일 수 있는 것으로 생각되기 때문이다. 예를 들어 이 관통공의 단면 형상이 삼각형인 경우, 그 단면삼각형의 관통공 (12) 을 상하로 서로 다르게 대향시킨 것, 또는 단면 삼각형의 관통공 4개를 각각의 삼각형의 정점을 대향시켜 사각형을 형성하도록 배치한다. 또한, 단면 육각형의 관통공을 형성해도 된다. It is preferable that the cross-sectional shape of the through hole formed in this honeycomb unit is approximately triangular or approximately hexagonal. This is because it is thought that the strength of the honeycomb unit can be increased (for example, isostatic strength, etc.) by increasing the strength of the honeycomb unit without degrading pressure loss or exhaust purification performance. For example, when the cross-sectional shape of the through hole is a triangle, the through
또한, 본 발명에 있어서 바람직하게 이용되는 상기 세라믹 허니컴 구조체는 상기 허니컴 유닛의 격벽 표면 또는 이 격벽을 구성하고 있는 각 세라믹 입자 각각의 표면에 촉매 성분을 담지하기 위한 담체로서 이용되면 유효하다. 이 경우, 이 세라믹 허니컴 구조체는 허니컴 촉매가 된다. 이 경우에 있어서, 구조체에 담지되는 촉매 성분으로서는, 예를 들어 귀금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 산화물 등을 사용할 수 있다. 그 귀금속으로서는, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하고, 알칼리금속 화합물로서는 예를 들어 칼륨, 나트륨 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물이 사용되고, 알칼리 토금속 화합물로서는, 예를 들어 바륨 등의 화합물이 사용되고, 산화물로서는, 페로브스카이트(perovskite)(LaO.75K0.25MnO3 등), CeO2 등이 사용된다. Further, the ceramic honeycomb structure preferably used in the present invention is effective when used as a carrier for supporting the catalyst component on the surface of the partition wall of the honeycomb unit or on the surface of each ceramic particle constituting the partition wall. In this case, this ceramic honeycomb structure becomes a honeycomb catalyst. In this case, as the catalyst component supported on the structure, for example, a noble metal, an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, an oxide, or the like can be used. As the noble metal, for example, one or two or more selected from platinum, palladium, and rhodium are used, and as the alkali metal compound, one or two or more compounds selected from, for example, potassium and sodium are used, and an alkaline earth metal is used. As the compound, for example, a compound such as barium is used, and as the oxide, perovskite (La O.75 K 0.25 MnO 3 or the like), CeO 2, or the like is used.
이러한 허니컴 촉매는 예를 들어 자동차의 배기 가스 정화용의 소위 삼원 촉매나 NOx 흡장 촉매로서 사용할 수 있다. 또한, 구조체에 대한 촉매 성분의 담지는, 세라믹 허니컴 구조체를 제작한 후에 담지시켜도 되고, 원료의 세라믹 입자의 단계에서 담지시켜도 된다. 촉매 성분의 담지 방법은 예를 들어 함침법 등을 적용할 수 있다. Such honeycomb catalysts can be used, for example, as so-called three-way catalysts or NOx storage catalysts for exhaust gas purification of automobiles. In addition, the catalyst component may be supported on the structure after the ceramic honeycomb structure is produced, or may be supported at the stage of the ceramic particles of the raw material. As the method for supporting the catalyst component, for example, an impregnation method can be applied.
이하에, 상기 서술한 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법의 일례를 설명한다. 우선, 상기한 원료 (제 1 형태의 무기 재료, 제 2 형태의 무기 재료 및 무기 바인더 등) 를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형하고, 허니컴 유닛이 되는 생 성형체를 제작한다. 이 원료 페이스트에는, 이들 이외에 유기 바인더, 분산매(dispersion medium) 및 성형 보조제를 성형성에 맞추어 적 절히 첨가해도 된다. 유기 바인더로서는, 예를 들어 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지 및 에폭시 수지에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 유기 바인더를 사용할 수 있다. 이 유기 바인더의 배합량은 제 1 형태의 무기 재료, 제 2 형태의 무기 재료 및 무기 바인더의 합계 100중량부에 대하여, 1 ∼ 10mass% 정도가 바람직하다. 분산매로서는, 예를 들어 물, 유기용매 (벤젠 등) 및 알코올 (메탄올 등) 등을 사용할 수 있다. 성형 보조제로서는, 예를 들어 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누 및 폴리비닐알코올 등을 사용할 수 있다. Below, an example of the manufacturing method of the ceramic honeycomb structural body of this invention mentioned above is demonstrated. First, extrusion molding is carried out using a raw material paste containing the above-described raw materials (the inorganic material of the first form, the inorganic material of the second form, the inorganic binder and the like) as main components to produce a green molded body that becomes a honeycomb unit. In addition to these, an organic binder, a dispersion medium, and a molding aid may be appropriately added to the raw material paste in accordance with moldability. As the organic binder, for example, one or two or more organic binders selected from methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, phenol resins and epoxy resins can be used. As for the compounding quantity of this organic binder, about 1-10 mass% is preferable with respect to a total of 100 weight part of the inorganic material of a 1st form, the inorganic material of a 2nd form, and an inorganic binder. As a dispersion medium, water, an organic solvent (benzene etc.), alcohol (methanol etc.) etc. can be used, for example. As the molding aid, for example, ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, polyvinyl alcohol and the like can be used.
원료 페이스트는, 예를 들어 믹서나 애트라이터 등을 이용하여 혼합해도 되고, 니더(kneader) 등으로 충분히 혼합시키는 것이 바람직하다. 원료 페이스트의 성형 방법은 예를 들어 압출 성형 등에 의해 관통공을 갖는 허니컴 형상으로 일체로 성형하는 것이 바람직하다. For example, the raw material paste may be mixed using a mixer, an attritor, or the like, and is preferably sufficiently mixed with a kneader or the like. It is preferable to integrally shape | mold the raw material paste into the honeycomb shape which has a through hole, for example by extrusion molding.
다음으로 얻어진 생(生) 성형체를 건조시킨다. 이 건조에 이용되는 건조기는 예를 들어 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기 및 동결 건조기 등을 사용할 수 있다. 이렇게하여 얻어진 건조 성형체는, 다음으로, 탈지하는 것이 바람직하다. 탈지하는 조건은, 성형체에 함유되는 유기물의 종류나 양에 의해 적절히 선택하면 되는데, 대략 400℃, 2시간의 조건으로 하는 것이 바람직하다. 다음으로, 얻어지는 상기 건조 성형체는 계속해서 승온하여 소성하는 것이 바람직하다. 그 소성 조건으로는 예를 들어 600 ∼ 1200℃ 정도의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. Next, the raw molded body obtained is dried. As a drier used for this drying, a microwave drier, a hot air drier, an oilfield drier, a vacuum drier, a vacuum drier, and a freeze drier can be used, for example. It is preferable to degrease the dry molded object obtained in this way next. What is necessary is just to select the conditions to degrease suitably according to the kind and quantity of the organic substance contained in a molded object, It is preferable to set it as the conditions of about 400 degreeC and 2 hours. Next, it is preferable to heat up and bake the said dry molded object obtained continuously. As the baking conditions, it is preferable to heat to the temperature of about 600-1200 degreeC, for example.
이 소성에 있어서, 산화물을 600 ∼ 1200℃ 의 온도로 가열하는 이유는, 소성 온도가 600℃ 미만에서는 세라믹 입자 등의 소결이 진행되지 않아 허니컴 구조체로서의 강도가 낮아지고, 한편, 1200℃ 를 초과하면 세라믹 입자 등의 소결이 지나치게 진행되어 단위 체적 당의 비표면적이 작아져, 담지시키는 촉매 성분을 충분히 고분산시킬 수 없어지기 때문이다. 또한, 이 소성 온도는, 질화물이나 탄화물 세라믹스의 경우에는 1000 ∼ 2200℃ 정도로 가열하는 것이 바람직하다. In this firing, the reason for heating the oxide at a temperature of 600 to 1200 ° C is that when the firing temperature is less than 600 ° C, sintering of ceramic particles or the like does not proceed, and the strength as a honeycomb structure is lowered. This is because the sintering of ceramic particles or the like proceeds excessively and the specific surface area per unit volume becomes small, and the catalyst component to be supported cannot be sufficiently dispersed. Moreover, it is preferable to heat this baking temperature about 1000-2200 degreeC in the case of nitride and carbide ceramics.
이들 공정을 거쳐 복수의 관통공을 갖는 다공질 세라믹제의 소성 허니컴 유닛을 얻을 수 있다. Through these steps, a calcined honeycomb unit made of a porous ceramic having a plurality of through holes can be obtained.
이렇게 하여 얻어진 허니컴 유닛의 세공 직경 분포는 재료의 입경과 입도분포, 슬러리의 첨가 상태에 따라서 조정한다. The pore diameter distribution of the honeycomb unit thus obtained is adjusted according to the particle size and particle size distribution of the material and the addition state of the slurry.
다음으로 얻어진 다공질 세라믹제의 허니컴 유닛의 표면에는, 시일재층이 되는 시일재 페이스트를 도포한 후, 이웃하는 것끼리를 순차적으로 접합-접착시키고, 그 후 건조시키고, 고정화시켜, 소정 크기의 허니컴 유닛의 접합체를 제작한다. 이 경우에 있어서, 각 유닛을 접합하기 위해 사용하는 시일재로서는, 예를 들어 무기 바인더에 세라믹 입자를 섞은 것이나, 무기 바인더에 무기 섬유를 섞은 것이나, 무기 바인더에 세라믹 입자 및 무기 섬유를 섞은 것 등을 사용할 수 있다. Next, after applying the sealing material paste which becomes a sealing material layer to the surface of the honeycomb unit made of porous ceramics, neighboring ones are joined and bonded one by one sequentially, and then dried and fixed, and the honeycomb unit of predetermined size To prepare a conjugate. In this case, as the sealing material used for joining the units, for example, a mixture of ceramic particles in an inorganic binder, a mixture of inorganic fibers in an inorganic binder, a mixture of ceramic particles and inorganic fibers in an inorganic binder, and the like Can be used.
또한, 이들 시일재는, 유기 바인더를 첨가한 것이어도 된다. 그 유기 바인더로서는, 예를 들어 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸셀룰로오스 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이 시일재에 사용되는 상기 무기 바인더로서는 예를 들어 실리카 졸, 알루미나 졸 등 을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 무기 바인더 중에서는 실리카 졸이 바람직하다. 또한, 이 시일재에 이용되는 상기 무기 섬유로서는, 예를 들어 실리카-알루미나, 물라이트, 알루미나, 실리카 등의 세라믹 섬유 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 무기 섬유 중에서는 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다. 또한, 이 시일재에 이용되는 상기 무기입자로서는, 예를 들어 탄화물, 질화물 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 붕소 등으로 이루어지는 무기분말 또는 위스커 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 무기입자 중에서는 열전도성이 우수한 탄화 규소가 바람직하다. In addition, these sealing materials may add the organic binder. As the organic binder, for example, one kind or two or more kinds selected from polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose and carboxymethyl cellulose can be used. As said inorganic binder used for this sealing material, a silica sol, an alumina sol, etc. can be used, for example. These may be used independently and may use 2 or more types together. Among these inorganic binders, silica sol is preferable. Moreover, as said inorganic fiber used for this sealing material, ceramic fiber, such as silica-alumina, mullite, alumina, silica, etc. can be used, for example. These may be used independently and may use 2 or more types together. Among these inorganic fibers, silica-alumina fibers are preferred. Moreover, as said inorganic particle used for this sealing material, carbide, nitride, etc. can be used, for example, the inorganic powder or whisker etc. which consist of silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, etc. can be used. These may be used independently and may use 2 or more types together. Among these inorganic particles, silicon carbide excellent in thermal conductivity is preferable.
허니컴 유닛의 상호 간에 개재시키는 상기 시일재의 층 (14) 은 치밀질이거나 또는 다공질이어도 되고, 내부로의 배기 가스의 유입이 가능하게 되는 것이 좋지만, 집합형 허니컴 구조체의 외주에 형성되는 시일재층 (코팅재층) (16) 은, 치밀체로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 이유는, 시일재층 (16) 인 경우, 본 발명의 집합형 허니컴 구조체를 내연기관의 배기 통로에 설치했을 때, 이 허니컴 구조체의 외주로부터 배기 가스가 새어나가는 것을 방지할 필요가 있기 때문이다. The sealing
또한, 인접 배치되는 허니컴 유닛의 상호간에 삽입되어, 이들을 접합하고, 접착시키기 위해 사용할 수 있는 시일재층 (14) 은 두께가 0.5 ∼ 2mm 정도인 것이 바람직하다. 이 시일재층 (14) 의 두께가 0.5mm 미만에서는 충분한 접착 강도를 얻을 수 없기 때문이다. 또한, 이 시일재층 (14) 은 촉매 담체로서 기능하 지 않는 부분이기 때문에, 그 두께가 2mm 를 초과하면, 세라믹 허니컴 구조체의 단위 체적 당의 비표면적이 상대적으로 저하되고, 촉매 성분의 분산 효율이 저하된다. 또한, 이 시일재층 (14) 의 두께가 2mm 를 초과하면, 압력 손실이 커진다. 또한, 접합하는 허니컴 유닛의 수는, 허니컴 촉매로서 사용하는 허니컴 구조체의 크기에 맞추어 적절히 정하면 된다. 또한, 허니컴 유닛을 시일재에 의해 접합한 접합체는 세라믹 허니컴 구조체의 크기에 맞추어, 적절히 절단하고, 연마 등을 실시하여 제품으로 한다. Moreover, it is preferable that the sealing
세라믹 허니컴 구조체의 외주면 (측면) 으로는, 코팅재를 도포하여 건조 - 고화시켜 얻어진 코팅재층, 즉 시일재층 (16) 을 형성할 수 있다. 이 시일재층 (16) 은, 구조체의 외주면의 보호와 강도의 향상을 도모한 후에 유효하게 기능한다. 그 코팅재는 상기한 시일재층 (14) 과 동일한 재료이거나 또한, 다른 재료이어도 좋다. 이들 배합 비율은 동일하거나 또한, 다른 배합으로 해도 된다. 이 코팅재층 (16) 의 두께는 0.1 ∼ 2mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 0.1mm 미만에서는, 외주면의 보호, 구조체 강도의 상승을 도모할 수 없고, 한편, 2mm 를 초과하면, 허니컴 구조체로서의 단위 부피 당의 비표면적이 상대적으로 저하되어, 촉매 성분을 담지했을 때, 충분히 분산될 수 없게 된다. As the outer circumferential surface (side surface) of the ceramic honeycomb structure, a coating material layer obtained by applying a coating material and drying-solidifying, that is, a sealing
복수의 허니컴 유닛의 조합으로 이루어지는 집합형 허니컴 구조체는 시일재층 (14) 을 개재시켜 접합한 후 (단, 시일재층 (코팅재층 (16)) 을 형성한 경우에는 그 시일재층 (16) 을 형성한 후) 에, 하소(calcine)하는 것이 바람직하다. 이러한 처리를 실시하면, 시일재, 코팅재에 유기 바인더가 함유되어 있는 경우, 탈 지 제거할 수 있기 때문이다. 하소의 조건은 유기물의 종류나 양에 의해 적절히 정하는 것이 좋지만, 대략 700℃ 로 2시간 정도가 바람직하다. 하소하여 얻어진 세라믹 허니컴 구조체는 사용할 때, 이 세라믹 허니컴 구조체 내에 함유되어 있는 유기 바인더가 연소하여, 오염된 배기 가스를 방출하는 일이 없다. The aggregated honeycomb structured body composed of a combination of a plurality of honeycomb units is bonded after the sealing
여기서, 세라믹 허니컴 구조체의 일례로서, 정사각형 단면을 갖는 직사각형 다공질 허니컴 유닛 (11) 을 복수개 접합하여 원기둥 형상으로 한 집합형 허니컴 구조체 (10) 의 개념도를 도 3b 에 나타낸다. 이 집합형 허니컴 구조체 (10) 는 복수개의 허니컴 유닛 (11) 을 시일재층 (14) 을 개재시켜 접합하고, 절삭에 의해 외형을 구비하여 원기둥 형상으로 한 후, 그 외주 부분, 즉 관통공 (12) 이 개구하고 있는 않은 외주면에 시일재 (코팅재) 를 도포하고, 시일재층 (16) 을 형성하여 이루어지는 것이다. 또한, 예를 들어 단면이 팬 형상이나 단면이 정사각형의 허니컴 유닛 (11) 을 성형하고, 이들을 접합하고, 미리 원주 등의 세라믹 허니컴 구조체가 되도록 하고, 절삭 공정을 생략해도 된다. Here, as an example of the ceramic honeycomb structure, a conceptual diagram of a
도 4 는, 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 다른 예인 일체형 허니컴 구조체를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 일체형 허니컴 구조체 (20) 는, 다수의 관통공 (12) 이 격벽 (23) 을 사이에 두고 길이 방향으로 병렬 배치된 주상(pillar-shaped)의 블록으로 되어 있는 것이다. 4 is a perspective view schematically showing an integrated honeycomb structure that is another example of the ceramic honeycomb structure of the present invention. As shown in this figure, the integrated honeycomb structured body 20 is a pillar-shaped block in which a plurality of through
상기 예에 나타내는 일체형 허니컴 구조체에서는, 블록이 소결에 의해 제조된 일체 구조인 것 이외는, 상기 집합형 허니컴 구조체 (10) 와 동일하게 구성되어 있다. In the integrated honeycomb structured body shown in the above example, the block is formed in the same manner as the aggregated honeycomb structured 10 except that the block is an integral structure produced by sintering.
또한, 상기 블록 (22) 의 크기는, 사용하는 내연기관의 배기량, 배기 통로의 크기 등을 고려하여 적절히 결정된다. 또한, 그 형상은 주상이면 되고, 예를 들어 원기둥 형상, 타원주상, 각 기둥상 등의 임의인 주상인 것을 사용할 수 있다. In addition, the size of the
이하에, 여러 조건으로 제작한 세라믹 허니컴 구조체 (본 발명 실시예, 비교예) 에 관하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 나타내는 것에만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, although the ceramic honeycomb structure (Example of this invention, a comparative example) produced on various conditions is demonstrated, this invention is not limited only to what is shown in these Examples.
이 시험은, 세공 직경, 세공 분포를 변화시킨 섬유 강화 알루미나제의 허니컴 유닛을 제작하고, 그 표면 (격벽 표면) 에 백금 함유 알루미나로 이루어지는 촉매 코트층을 형성했을 때의 작용 효과를 확인하기 위해서 실시한 것이다. 실시예 1 ∼ 7, 비교예 1 ∼ 3 의 상세한 설명에 대해서 표 1 에 나타낸다. 또한, 허니컴 유닛의 제조법은 다음과 같다. This test was carried out to fabricate a honeycomb unit made of fiber-reinforced alumina with a change in pore diameter and pore distribution, and to confirm the effect when a catalyst coat layer made of platinum-containing alumina was formed on the surface (bulk wall surface). will be. It shows in Table 1 about the detailed description of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-3. In addition, the manufacturing method of a honeycomb unit is as follows.
(1) 우선, γ알루미나 입자 (1차 입자와 2차 입자를 표 1 에 기재한 배합으로 한 것, 다만, 평균 입경은 2㎛) 를 40mass%、실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유직경 10㎛ , 평균 섬유 길이 100㎛ , 애스펙트비 10) 를 10mass%、실리카 졸 (고체농도 30mass%)을 50mass% 을 혼합하고, 얻어진 혼합물 100중량부에 대하여, 유기 바인더로 하여 메틸셀룰로오스를 6중량부, 가소제 및 윤활제를 소량 첨가하여 더욱 혼합 - 혼련하여 혼합 조성물을 얻었다. 다음으로, 이 혼합 조성물을 압출 성형기에 의해 압출 성형하고, 도 3a 에 나타낸 바와 같은 생 성형체를 얻었다. (1) First, γ-alumina particles (primary particles and secondary particles in the formulation shown in Table 1, except that the average particle diameter is 2㎛) 40 mass%, silica-alumina fibers (
(2) 다음으로, 마이크로파건조기 및 열풍 건조기를 이용하여, 그 생 성형체를 충분히 건조시키고, 또한, 400℃ 로 2시간 유지하여 탈지하고, 그 후에 800℃ 의 온도에 2시간 유지하는 소성함으로써, 각 기둥상 (34.3mm × 34.3mm × 150mm), 셀 밀도가 93개/㎠ (600cpsi), 셀 형상이 사각형 (정사각형) 의 다공질의 섬유 강화 알루미나제의 허니컴 유닛 (11) 을 얻었다. (2) Next, by using a microwave dryer and a hot air dryer, the raw molded body is sufficiently dried, degreased by holding at 400 ° C. for 2 hours, and then calcined at 800 ° C. for 2 hours. A
(3) 다음으로, γ알루미나 입자 29mass%、실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유직경 10㎛ , 평균 섬유 길이 100㎛) 을 7mass%、실리카 졸 (고체농도 30mass%)을 34mass%、카르복시메틸셀룰로오스 5mass% 및 물 25mass% 를 혼합하여 내열성의 시일재용 페이스트를 조정했다. 이 시일재용 페이스트를 상기 허니컴 유닛 (11) 의 측면에 도포하여 서로 결합했다. 즉, 상기 허니컴 유닛 (11) 의 외면 (13) 에 두께가 1mm 가 되도록 시일재 페이스트를 도포하여 시일재층 (14) 을 형성하고, 이 시일재층 (14) 을 통해 복수개의 허니컴 유닛 (11) 끼리를 접합한 것이다. 이렇게 하여 집합형 허니컴 유닛인 접합체를 제작하고, 그 접합체를 정면이 대략 점대칭으로 되도록 다이아몬드 커터를 이용하여 원기둥 형상으로 절단하고, 관통공이 없는 측면부분의 외측 표면에 상기 시일재 페이스트를 0.5mm 두께가 되도록 도포하고, 외측 표면에 코팅층으로 이루어지는 시일재층 (16) 을 형성했다. (3) Next, 29 mass% of γ-alumina particles, silica-alumina fiber (
(4) 그 후에 얻어지는 접합체를 120℃ 로 건조시켜, 700℃ 에서 2시간 유지하여 시일재층 (14) 및 시일재층 (코팅재층) (16) 의 탈지를 실시하고, 원기둥 형상 (직경 143.8mm¢ × 높이 150mm) 의 집합형 허니컴 구조체 (10) 를 얻었다. 그들을 질산 백금 용액에 함침시켜, 집합형 허니컴 구조체 (10) 의 단위 체적 당의 백금 중량이 2g/L 이 되도록 조절하여 촉매 성분을 담지시킨 후, 600℃ 에서 1시간 유지하여 허니컴 촉매를 얻었다. (4) The bonded body obtained after that is dried at 120 degreeC, it is hold | maintained at 700 degreeC for 2 hours, the sealing
(5) 이들 허니컴 촉매의 샘플 각각에 대해서, 그들의 세공 직경을 수은 압입법 (JISR 1655:2003 에 준한다) 에 의해 측정했다. (5) About each of the samples of these honeycomb catalysts, their pore diameters were measured by the mercury porosimetry (according to JIS 1655: 2003).
(6) 얻어진 샘플을 시마즈제작소 제조, 마이크로메리틱스 자동 포로시메타 (micromeritics automatic porosimeter) 오토포어 III 9405 를 이용하여 세공 직경의 측정을 실시했다. 그 때의 측정 범위는, 0.006 ∼ 500㎛ 로 하고, 100㎛ ∼ 500㎛ 는 0.1psia 의 압력별로 측정하고, 0.006㎛ ∼ 100㎛ 는 0.25psia 의 압력별로 측정했다. 그 결과, 세공 직경 분포에는 몇가지의 극값 (피크) 이 생겼다. 그 수치를 표 2 에 나타낸다. (6) The pore diameter was measured using the Shimadzu Corporation make and micromeritics automatic porosimeter autopore III 9405. The measurement range at that time was 0.006-500 micrometers, 100 micrometers-500 micrometers measured by 0.1 psia, and 0.006 micrometer-100 micrometers measured by 0.25 psia. As a result, some pole values (peaks) arose in the pore diameter distribution. The numerical value is shown in Table 2.
(7) 다음으로, 표 2 에 나타내는 라이트 오프 (light-off) 온도를 측정했다. 이 라이트 오프 온도는, 배기 가스에 함유되는 특정한 성분의 농도가 촉매에 의해 감소된 비율을 정화율로 했을 때, 정화율이 50% 를 나타낼 때의 반응 온도를 말한다. 그리고, 이 라이트 오프 온도가 낮을 경우, 정화에 필요한 에너지가 감소되는 것을 의미하고 있다. 즉, 라이트 오프 온도의 낮은 허니컴 촉매는 촉매 성능이 높다고 할 수 있다. 그래서, 이 라이트 오프 온도를 허니컴 촉매의 촉매 성능을 나타내는 지표로 하여 사용하는 것이다. (7) Next, the light-off temperature shown in Table 2 was measured. This light-off temperature says reaction temperature at the time of purifying rate showing 50%, when the ratio which the density | concentration of the specific component contained in exhaust gas reduced by the catalyst is a purification rate. And when this light off temperature is low, it means that the energy required for purification | cleaning reduces. That is, it can be said that the honeycomb catalyst having a low light off temperature has high catalyst performance. Therefore, this light off temperature is used as an index which shows the catalyst performance of a honeycomb catalyst.
(8) 여기서, 라이트 오프 온도의 측정 방법에 관하여 설명한다. 이 측정은 도 5 에 나타낸 촉매 반응 장치 (30) 를 이용하여 실시할 수 있다. 촉매 반응 장치 (30) 는 공기와 질소로 이루어지는 희석 가스 공급부 (31) 와, 이 희석 가스를 허니컴 구조체까지 유통시키는 유통 경로 (32) 와, 희석 가스에 가습하는 가습기 (33) 와, 희석 가스를 가열하는 히터 (34) 와, 가열된 희석 가스에 배기 가스 성분을 혼합하여 반응 가스로 하여 조정하는 가스 혼합기 (35) 와, 허니컴 구조체를 기밀상태에 유지하는 샘플 홀더 (36) 와, 세라믹 허니컴 구조체에 접촉하기 전의 반응 가스를 샘플링하는 가스 샘플러 (37) 와, 세라믹 허니컴 구조체에 접촉한 후의 반응 가스를 샘플링하는 가스 샘플러 (38) 와, 반응 가스에 함유되는 특정한 가스 성분의 농도를 분석하는 가스 분석계 (39) 로 구성되어 있다. (8) Here, the measuring method of light off temperature is demonstrated. This measurement can be performed using the
(9) 이하에 라이트 오프 온도의 측정 순서를 설명한다. 우선, 허니컴 구조체를 샘플 홀더 (36) 에 세트하여 희석 가스 공급부 (31) 로부터 공기와 질소를 유통경로 (32) 에 소정 유량으로 유통시킨다. 다음으로 가습기 (33) 에 의해 희석 가스를 가습하여, 히터 (34) 에 의해 그 희석 가스의 온도를 조정한다. 계속해서, 유통하고 있는 희석 가스에 가스 혼합기 (35) 의 상류로부터 배기 가스 성분을 주입하고, 가스 혼합기 (35) 로 혼합하여, 소정 농도의 반응 가스를 조정한다. 그리고, 조정한 반응 가스를 허니컴 촉매에 접촉시켜, 반응 가스의 정화를 실시했다. 이 때, 히터 (34) 의 온도를 적절히 변경하고, 각 히터 온도일 때의 허니컴 촉매 내부의 반응 가스의 온도를 도시하지 않은 열전대로 측정하고, 가스 샘플러 (37, 38) 에 의해 샘플링된 반응 가스의 농도를 가스 분석계 (39) 에 의해 측정했다. (9) The measurement procedure of the light-off temperature is demonstrated below. First, the honeycomb structured body is set in the sample holder 36 to flow air and nitrogen from the dilution
이 라이트 오프 온도의 측정으로는, 실시예, 비교예의 허니컴 구조체로서 가로 세로 34.3mm × 150mm 의 형상인 것을 사용했다. 촉매 반응은 반응 가스 유속 (131) (1/min), 배기 가스 성분은 산소, 일산화탄소, 이산화황, 탄화수소, 일산화질소, 수증기 및 질소로 하여 반응 가스 중의 산소 농도 13%, 일산화탄소 농 도 300ppm, 이산화황 농도 8ppm, 탄소량을 기초로 탄화수소 농도 200ppm-C, 일산화질소 농도 160ppm, 약간의 가습량을 부가한 조건으로 한다. 또한, 반응 온도는 히터 (34) 의 온도를 10℃ 피치로 변화시키고, 50 ∼ 400℃ 로 하고, 그 사이에 정화 반응 가스에 함유되는 성분 중, 일산화탄소 및 탄화수소에 대해서 가스 분석계 (39) 에 의해 농도 측정을 실시한 것이다. 정화율은 촉매에 접촉하기 전의 반응 가스 성분의 농도를 CO 로 하고, 촉매에 접촉한 후의 반응 가스 성분의 농도를 Ci 로 했을 때, 다음 식으로 계산한 것이다. As a measurement of this light-off temperature, the thing of the shape of 34.3 mm x 150 mm of width and length was used as the honeycomb structured body of an Example and a comparative example. Catalytic reaction is reaction gas flow rate 131 (1 / mni), exhaust gas components are oxygen, carbon monoxide, sulfur dioxide, hydrocarbons, nitrogen monoxide, water vapor and nitrogen, 13% oxygen in the reaction gas, carbon monoxide concentration 300 ppm, sulfur dioxide concentration. It is set as the conditions which added the hydrocarbon concentration 200ppm-C, the nitrogen monoxide concentration 160ppm, and some humidification amount based on 8 ppm and carbon amount. In addition, the reaction temperature changes the temperature of the
정화율(%)=(CO-Ci) /CO×100Purification rate (%) = (CO-Ci) /
그 후에 허니컴 촉매 내부의 반응 가스의 온도를 반응 온도로 하고, 각 반응 온도와 정화율의 관계를 얻었다. 그리고, 얻어진 반응 온도를 가로축에 정화율을 세로축에 플롯하고, 정화율이 50% 을 나타내는 온도를 이 플롯한 데이터로 구하여, 이 온도를 라이트 오프 온도로 했다. Then, the temperature of the reaction gas in a honeycomb catalyst was made into reaction temperature, and the relationship of each reaction temperature and purification rate was obtained. Then, the obtained reaction temperature was plotted on the horizontal axis and the purification rate was plotted on the vertical axis, and the temperature at which the purification rate was 50% was obtained from the plotted data, and this temperature was defined as the light-off temperature.
상기 시험의 결과를 표 2 에 나타낸다. 이 표 2 에 나타낸 바와 같이 세공 직경 분포가 본 발명의 범위에 있는 것 (도 6a ∼ 도 6d) 은 라이트 오프 온도 (CO, HC) 가 모두 낮게, 배기 가스 정화 효율이 향상되나, 비교예의 것 (도 7a ∼ 7c) 은 라이트 오프 온도 (CO, HC) 가 모두 높아 이 배기 가스 정화 효율이 악화된 결과가 되었다. The results of the test are shown in Table 2. As shown in Table 2, the pore diameter distribution is in the range of the present invention (FIGS. 6A to 6D) has low light off temperatures (CO and HC), and the exhaust gas purification efficiency is improved. 7A to 7C show that both the light-off temperatures CO and HC are high, and this exhaust gas purification efficiency is deteriorated.
본 발명에 의하면, 격벽은 세공 직경이 0.05 ∼ 150㎛ 인 세공을 갖는 제 1 세공군의 영역과, 세공 직경이 0.006 ∼ 0.01㎛ 인 세공을 갖는 제 2 세공군의 영역으로 나누었을 때, 각각의 영역에 1 이상의 세공 분포의 피크 (극대치) 가 존재하는 것 같은 세공 분포를 갖는 세라믹 허니컴 구조체로 했기 때문에, 유해 배기 가스의 정화 효율이 높은 배기 가스 정화 장치용 허니컴 구조체로 할 수 있다. According to this invention, when a partition is divided into the area | region of the 1st pore group which has a pore whose pore diameter is 0.05-150 micrometers, and the area | region of the 2nd pore group which has a pore whose pore diameter is 0.006-0.01 micrometer, Since it is set as the ceramic honeycomb structure which has a pore distribution in which the peak (maximum value) of one or more pore distribution exists in an area | region, it can be set as the honeycomb structure for exhaust gas purification apparatuses with high purification efficiency of a harmful exhaust gas.
또한, 본 발명은 내연기관의 배기 가스 정화 장치인 것 외에, 보일러, 가열로, 가스터빈 또는 각종공업 프로세스 등으로부터 배출되는 배기 가스 정화 장치나 필터로 하여 사용할 수 있는 것이다. In addition to the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine, the present invention can be used as an exhaust gas purification apparatus or a filter discharged from a boiler, a heating furnace, a gas turbine, or various industrial processes.
특히, 본 발명에 관련된 세라믹 허니컴 구조체의 용도는 상게의 각종 장치의 배기 가스 정화용 촉매 담체로서 사용할 수 있는 것 외에, 디젤 엔진의 배기 가스 정화용 장치로서도 사용할 수 있다. 또한, 이 허니컴 구조체는 상기한 용도로 이용할 수 있는 것은 물론, 촉매 성분을 담지하지 않고 사용하는 용도 (예를 들어, 기체 성분이나 액체 성분을 흡착시키는 흡착재 등) 로도 이용할 수 있다. In particular, the use of the ceramic honeycomb structure according to the present invention can be used not only as a catalyst carrier for exhaust gas purification of various apparatuses above, but also as an apparatus for purification of exhaust gas of a diesel engine. In addition, the honeycomb structure can be used not only for the above-mentioned purposes but also for use (for example, an adsorbent for adsorbing a gas component or a liquid component) without using a catalyst component.
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KR100781928B1 (en) | Honeycomb structure |
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
A107 | Divisional application of patent | ||
AMND | Amendment | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
E801 | Decision on dismissal of amendment | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20080228 Effective date: 20081120 |
|
S901 | Examination by remand of revocation | ||
GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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