JPH07204517A

JPH07204517A - 触媒機能付セラミックスシートおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07204517A
Application number: JP6002173A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wada; 信二和田; Kenichi Nakamura; 健一中村; Kunio Kimura; 邦夫木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1994-01-13
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】振動や燃料ガスの流入圧力などによる損傷の
ない、強度の向上した触媒機能付きセラミックスシート
を提供する。【構成】触媒機能付きセラミックスシートを構成する
無機酸化物からなる触媒担体の重量とガラス質の耐熱性
無機繊維の重量比（触媒担体の重量／無機繊維の重量）
が１．４〜２．５であり、かつかさ比重が０．４〜０．
７ｇ／ｃｍ³である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、種々の排ガスの浄化や
携帯燃焼機器用の触媒として利用される触媒機能付きセ
ラミックスシートおよびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題がクローズアップさ
れ、環境浄化用触媒の開発が盛んに行われている。触媒
担体として最も広く利用されているものにコージェライ
トがある。この材料は耐熱性、機械強度に優れているた
め、自動車排ガス浄化用触媒や燃焼機器用触媒の担体と
して用いられている。しかしながら、ある特定の目的で
使用する場合、任意の形状への加工が困難であり、ま
た、携帯燃焼機器など小型の触媒燃焼機器に応用する場
合は大き過ぎるなどの欠点があった。前記課題を解決す
るため、耐熱性のセラミックスシートに触媒となる貴金
属の塩の溶液を含浸させ、焼成して貴金属を担持する方
法もあるが、表面積が小さいシート上に触媒を担持させ
ることから、活性が低いという欠点があった。さらに、
含浸法で触媒を形成すると、貴金属が不均一に担持さ
れ、触媒活性がばらつくなどの欠点もあった。

【０００３】また、無機繊維を湿式抄造法でシート化す
る際に、貴金属を担持した触媒担体を混合することによ
り、触媒がほぼ均一に分散された触媒機能付きセラミッ
クスシートを得る方法も提案されている。この方法によ
り製造されるセラミックスシートは、確かに前記した活
性、ばらつき、量産性の課題を解決できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の湿式抄造法を用
いて作製したシートは、無機繊維、貴金属を担持した触
媒担体、パルプ等に、有機凝集剤、有機結合剤などを添
加して構成されている。触媒を活性化するため前記シー
トを熱処理すると、機械的強度が低下する。原因は、熱
処理の前に機械的強度を保つ役割をしていたパルプを初
めとする有機物質が分解、酸化して消失したためであ
る。熱処理後の機械的強度を向上させるために、コロイ
ダルシリカやコロイダルアルミナ等の無機結合剤を添加
する方法がある。無機結合剤を添加したシートは、熱処
理によって機械的強度は向上するが、無機結合剤本来の
結合力が発揮されていなかった。その理由は、触媒担体
の無機繊維に対する重量比が１以下で、かさ比重が０．
２５〜０．３１ｇ／ｃｍ³と低いためである。このよう
に、無機結合剤を添加した触媒機能付きセラミックスシ
ートにおいても、機械的強度が不足しているため、損傷
を起こし易く、加工された形状を維持できないという問
題点を有していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、触媒機能付き
セラミックスシートを構成する無機酸化物からなる触媒
担体の重量とシリカ、アルミノシリケートおよびアルミ
ノボロシリケートからなる群から選択されるガラス質の
耐熱性無機繊維の重量との比（触媒担体の総重量／無機
繊維の総重量：Ｗ_P／Ｗ_F）を１．４〜２．５とし、かつ
かさ比重を０．４〜０．７ｇ／ｃｍ³とすることで問題
点を解決したものである。また、本発明の触媒機能付き
セラミックスシートの製造方法は、貴金属触媒を担持し
た無機酸化物からなる触媒担体と、シリカ、アルミノシ
リケートおよびアルミノボロシリケートよりなる群から
選択される耐熱性無機繊維と、前記触媒担体、触媒およ
び無機繊維の総配合量１００重量部に対して５〜８重量
のパルプとを含み、かつ触媒担体の無機繊維に対する重
量比が１．４〜２．５の原料を用いて、湿式抄造法によ
りシート化する工程、および前記で得られたシートを５
５０〜８５０℃で熱処理する工程を有する。

【０００６】

【作用】触媒担体の耐熱性無機繊維に対する重量比Ｗ_P
／Ｗ_Fが１．４〜２．５の範囲にある触媒機能付きセラ
ミックスシートは、無機繊維量が触媒担体量に比べて少
ないため高密度化されている。この触媒機能付きセラミ
ックスシートに応力をかけた場合、無機繊維同士がから
んでいる効果と、触媒担体と無機繊維間に働くずれに対
し強力な摩擦力によって維持しようとする効果が相乗的
に発揮されるので、触媒機能付きセラミックスシートは
飛躍的な強度の向上を実現できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に記述す
る。まず、本発明に使用される触媒および触媒担体につ
いて説明する。燃焼触媒において、燃料ガスと反応させ
る貴金属触媒は、一般に白金族金属が使用される。白金
族金属には白金、ロジウム、パラジウム等があるが、以
下の実施例では白金を用い、触媒担体となる無機酸化物
に担持させた。触媒が担持される触媒担体は、粒子内部
に細孔を有しているものが適しており、以下の実施例で
使用した全ての触媒担体は、それぞれ孔径や多孔度は異
なるものの、全て比表面積が高く触媒が担持されやすい
粒子構造を有している。ここで、本発明の効果は、触媒
機能付きセラミックスシートを構成する触媒担体と無機
繊維との摩擦力によるところが大きいので、触媒機能付
きセラミックスシートを構成する粉末が無機酸化物であ
ればこの効果は発揮される。しかしながら、触媒機能付
きセラミックスシートは、その内部で触媒反応を起こさ
なければならないので、使用可能な無機酸化物は前記し
たような粒子内部に触媒が担持されやすいものとなる。
ところで、ここで表示したＷ_Pは触媒担体の総重量であ
り、触媒の重量を含ませていない。その理由は、触媒が
触媒担体の細孔に存在していて、触媒自身には強度向上
に関する効果がないことである。

【０００８】次に、本発明で使用可能な無機繊維につい
て説明する。本発明で用いる無機繊維は、全てガラス質
であり、耐熱性繊維である。まず、ガラス質のものを選
択した理由は次の通りである。耐熱性の無機繊維には他
にも結晶質のムライト、アルミナ繊維等があるが、これ
らは多結晶で結晶粒界が存在するため、ガラス質のもの
と比較すると非常に脆い。次に、ガラス質の中でも、シ
リカ、アルミノシリケート、アルミノボロシリケート繊
維を選択した理由を記述する。シリカ繊維は１１００℃
以上でクリストバライトの結晶相が析出し始め、アルミ
ノシリケート繊維とアルミノボロシリケート繊維は主成
分がシリカとアルミナであり、それぞれ９５０℃、８５
０℃からムライト結晶相が析出し始める。ガラス質の耐
熱性無機繊維は、それぞれ前記した結晶相を析出するよ
うな高温度で使用されると結晶粒界が生じて脆くなる。
しかし、ガラス質の他の無機繊維と比較するとシリカ、
アルミノシリケート、アルミノボロシリケート繊維の耐
熱温度はかなり高く、燃焼触媒の反応の温度範囲で十分
に使用可能である。以上の理由により、触媒機能付きセ
ラミックスシートに使用可能な無機繊維は、ガラス質の
シリカ、アルミノシリケート、アルミノボロシリケート
繊維である。

【０００９】次に、触媒機能付きセラミックスシートの
製造方法について説明する。以下の実施例では、貴金属
の担持、シート化、熱処理の製造過程を経て作製を行っ
た。特徴は、湿式抄造法を用いて、貴金属が担持された
触媒担体と他の原料を、同時にシート化することであ
る。この製造方法で作製した触媒機能付きセラミックス
シートは、内部で触媒が均一に存在するため、触媒活性
のばらつきが抑えられている。前記製造過程の中で、ま
ず湿式抄造法を用いたシート化の詳細について説明す
る。湿式抄造法は分散、凝集、抄紙、乾燥の工程から構
成されている。分散工程では、水中に原料を投入し撹拌
して均一な分散液を作製する。凝集工程では、前記分散
液のｐＨ等を調整し、有機凝集剤を投入してフロック化
する。抄紙工程では、水中に存在する前記フロックをネ
ットで濾して湿潤シートを作製する。乾燥工程では、前
記湿潤シートを乾燥する。これらの工程の中で、貴金属
が担持された触媒担体の投入は分散工程で行う。これに
より、触媒担体は他の原料と水中で均一に混合されるた
め、作製したシートの内部に触媒を均一に存在させるこ
とが可能になる。

【００１０】次に、熱処理について説明する。熱処理は
貴金属に触媒作用を持たせるために行う。貴金属は錯塩
等の状態で担持させているため、このままでは触媒機能
を果たさない。そこで熱処理を行うと、貴金属の錯塩は
分解され貴金属単体へと変化するので、触媒として作用
するようになる。また、熱処理はパルプや有機凝集剤を
消失させるためにも必要である。本発明では湿式抄造法
でシート化しているので、内部にパルプや有機凝集剤が
存在している。パルプや有機凝集剤が触媒反応中に分解
や酸化を起こすと、それ自体が発熱するため、雰囲気内
の温度が変化したり、分解ガスが触媒毒になったりする
恐れがある。従って、パルプや有機凝集剤はあらかじめ
熱処理して消失させる必要がある。熱処理の適正な温度
範囲は、以下の実施例で用いた貴金属の錯塩が４００℃
以上で完全に分解すること、パルプや有機凝集剤が５５
０℃以上で完全に消失すること、耐熱性のガラス繊維の
うちアルミノボロシリケート繊維が８５０℃以上でムラ
イトの結晶相を析出して脆くなることを考慮すると、５
５０〜８５０℃となる。

【００１１】次に、実施例で使用したパルプと有機凝集
剤の配合量について説明する。湿式抄造法で作製したシ
ート内のパルプや有機凝集剤が熱処理によって消失する
際、触媒担持体は剥離する可能性がある。この現象をで
きる限り抑えるために、パルプや有機凝集剤の配合量を
少なくする必要がある。有機凝集剤の配合量は、無機繊
維と触媒担体と触媒の総配合量１００重量部に対し、１
重量部以下で十分凝集作用を示す。従って、有機凝集剤
の配合量はごく少量しか使用しないので、触媒担体の剥
離にほとんど影響しない。しかし、パルプは数重量部以
上の配合量を必要とする。その理由は、パルプがシート
化において乾燥時に紙力を増強させたり、シートの表面
を平滑にするなどの効果を与えることである。従って、
これらの効果を失わないパルプの配合量でシートを作製
する必要がある。パルプの配合量を、無機繊維と触媒担
体と触媒の総配合量１００重量部に対し、５重量部以上
にして作製したシートは、平滑性が保たれる。しかし、
８重量部を越えてパルプの配合量を多くしていくと、熱
処理時に起きる触媒担体の剥離が極端に増大していく。
従って、適当なパルプの配合量は５〜８重量部である。

【００１２】［実施例１］原料として用いたのは、北米
産のパルプ、白金触媒、触媒担体として活性アルミナ
（γ−アルミナ）、無機繊維としてガラス質のアルミノ
シリケート繊維、有機凝集剤としてポリアクリルアミド
系のものである。触媒機能付きセラミックスシートは、
前述した湿式抄造法により作製した。配合量を表１に示
したように変化させ４種類のシートを作製した後、電気
炉により６００℃で熱処理した。作製したサンプルにつ
いて、引張強度および燃焼効率を測定するとともに振動
試験をした。

【００１３】本実施例では、触媒機能付きセラミックス
シートを振動機によって振動させ、破損の状態から機械
的強度の耐久性を確認した。以下に、試験方法について
述べる。触媒機能付きセラミックスシートを矩形波状の
波形を有するものに加工し、その底辺部をマウントに取
り付けた後、振動機に設置した。振動速度は３２０（往
復／分）、振幅１０ｍｍで、水平、上下方向にそれぞれ
１時間ずつ振動させた。また、作製した触媒機能付きセ
ラミックスシートの厚みは０．３ｍｍに統一した。次
に、燃焼効率の測定方法について述べる。サンプルの厚
みは０．３mmとした。これをアルミニウムの筒の内側に
取り付け、アルミニウムの筒をヒータで囲んだ。次に、
ヒータによって筒内部を触媒反応が可能となる温度まで
予熱した後、燃料であるブタンガスを流して触媒反応さ
せた。排気した炭酸ガス量から燃焼効率を計算した。表
１に原料の配合量およびＷ_P／Ｗ_Fを、また表２に得られ
たシートのかさ比重と、引張強度、燃焼効率および振動
試験の結果をそれぞれ示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】参考例として、Ｗ_P／Ｗ_Fが１．４未満と
２．５を越える範囲のサンプルの結果も同表に示した。
表中の○、△、×は振動試験後の損傷状態を表すもので
あり、損傷の程度の評価基準は表の下に示した。Ｗ_P／
Ｗ_Fが１．４〜２．５の範囲、かさ比重が０．４〜０．
７ｇ／ｃｍ³の範囲では、機械的強度が大きく、振動試
験での損傷はみられなかった。また、燃焼効率はかさ比
重が０．７ｇ／ｃｍ³を越えると低下した。引張強度と
振動試験の結果を照らし合わせてみると、強度が大きい
シートは破損を起こしておらず、振動試験の結果が○で
あれば強度が大きいことがわかった。

【００１７】［実施例２］実施例１の無機繊維をガラス
質のシリカ繊維やアルミノボロシリケート繊維に変え
て、実施例１と同様に４種類の触媒機能付きセラミック
スシートをそれぞれ作製した。表３にＷ_P／Ｗ_Fと振動試
験の結果を示した。表には示さなかったが、かさ比重は
実施例１に比べ僅かに異なるものの、引張強度、燃焼効
率とも実施例１と同様な傾向を示した。

【００１８】

【表３】

【００１９】［実施例３］実施例１の触媒担体をシリカ
ゲルやベントナイト、仮焼マグネシア、ケイソウ土に変
えて、実施例１と同様に４種類の触媒機能付きセラミッ
クスシートを作製した。表４にＷ_P／Ｗ_Fと振動試験の結
果を示した。

【００２０】

【表４】

【００２１】［実施例４］表１におけるパルプの配合量
を８重量部にして実施例１と同様にして触媒機能付きセ
ラミックスシートを作製した。これらのシートは、実施
例１で作製したシートと比較して、かさ比重はごく僅か
に異なる程度であり、機械的強度や燃焼効率も同様な傾
向を示した。

【００２２】表には示さなかったが、参考のために、高
密度化された触媒機能付きセラミックスシートに無機結
合剤を含ませサンプルを作製し、引張強度を測定した。
このサンプルは、湿式抄造過程の分散工程で無機結合剤
を投入して作製したものである。結果は、同じＷ_P／Ｗ_F
の無機結合剤を含まないものと比較すると、強度が僅か
に向上した程度であり、無機結合剤が持つ本来の効果が
ほとんどみられなかった。その理由は、高密度化された
触媒機能付きセラミックスシートといえども、かさ比重
が低いことにある。さらに、高密度で無機結合剤を含ま
せたシートを作製しても引張強度や燃焼効率がかなり低
下してしまう結果になった。

【００２３】以上の実施例により、Ｗ_P／Ｗ_Fが１．４〜
２．５の範囲にある触媒機能付きセラミックスシート
は、強度が飛躍的に向上して耐久性も優れていることが
わかった。また、Ｗ_P／Ｗ_Fが２．５を越え、かさ比重が
０．７ｇ／ｃｍ³を越えると、触媒担体が密になり燃料
ガスが触媒へ均一に流入しにくくなるため、触媒機能付
きセラミックスシート全体の触媒機能が十分に発揮でき
なくなることがわかった。これらの傾向は、細孔を有す
る触媒担体やガラス質の耐熱性無機繊維の種類を変化さ
せても同様であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、触媒機能付きセラミックスシ
ートを構成する無機酸化物からなる触媒担体の重量とガ
ラス質のシリカ、アルミノシリケート、アルミノボロシ
リケートから選択される耐熱性無機繊維の重量との比を
１．４〜２．５とし、かつかさ比重を０．４〜０．７ｇ
／ｃｍ³とすることにより、強度が飛躍的に向上して耐
久性も大幅に改善することができ、また高密度化された
触媒機能付きセラミックスシートではあるが、高い燃焼
効率を維持できる触媒機能付きセラミックスシートを実
現できるものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無機酸化物からなる触媒担体と、シリ
カ、アルミノシリケートおよびアルミノボロシリケート
よりなる群から選択される耐熱性無機繊維とからなり、
触媒担体の耐熱性無機繊維に対する重量比が１．４〜
２．５であり、かつかさ比重が０．４〜０．７ｇ／ｃｍ
³であることを特徴とする触媒機能付きセラミックスシ
ート。
【請求項２】貴金属触媒を担持した無機酸化物からな
る触媒担体と、シリカ、アルミノシリケートおよびアル
ミノボロシリケートよりなる群から選択される耐熱性無
機繊維と、前記触媒担体、触媒および無機繊維の総配合
量１００重量部に対して５〜８重量のパルプとを含み、
かつ触媒担体の無機繊維に対する重量比が１．４〜２．
５の原料を用いて、湿式抄造法によりシート化する工
程、および前記で得られたシートを５５０〜８５０℃で
熱処理する工程を有する触媒機能付きセラミックスシー
トの製造方法。