用於汙染控制元件的保持材料、其製造方法以及汙染控制裝置與流程

2024-04-08 00:52:05

本發明涉及用於汙染控制元件的保持材料、製造該保持材料的方法以及汙染控制裝置。

背景技術：

一氧化碳(CO)、烴類(HC)和氮氧化物(NOx)等包含在來自汽車發動機的廢氣中。此外，在從柴油發動機排出的廢氣中包含諸如錫等顆粒物，並且作為用於去除這些顆粒的方法，使用陶瓷催化轉化器或柴油顆粒過濾器(DPF)的廢氣淨化系統是已知的。例如，陶瓷催化轉化器基本上包括金屬殼體和例如容納在其中的蜂窩狀陶瓷催化劑載體。

標準形式的陶瓷催化轉化器包括催化劑載體、用於容納載體的殼體以及堆積在催化劑載體的外圓周表面和殼體的內表面之間的間隙中的絕緣材料。絕緣材料保持催化劑載體，並且防止由於撞擊、振動等引起的機械震動無意地施加到催化劑載體。因此，可以充分地抑制催化劑載體的損壞和移動，並且因此可在長時間段內實現期望的效果。這種類型的絕緣材料具有保持諸如催化劑載體等汙染控制元件的功能，並且因此通常也稱為保持材料。

日本未審查專利申請2012-157809公開了一種保持材料，其包含由無機纖維材料製成的墊和含有有機粘結劑和無機顆粒的聚集體，該保持材料的聚集體基本上浸漬入整個墊中。日本PCT專利申請2009-508044公開了一種保持材料，其包含無機纖維材料墊和含有無機膠體顆粒的至少一個摩擦層。日本未審查專利申請2013-127244公開了一種保持密封材料，其中無機粘結劑和有機粘結劑附連到具有預定厚度的墊上。

技術實現要素：

清潔汽車發動機的廢氣的過程是在高溫下進行的，其中腔室的內部可等於或超過900℃。本發明提供一種保持材料，其能夠充分地維持在這樣的高溫下將汙染控制元件保持在汙染控制裝置中的功能。

本發明的一個方面涉及保持材料。該保持材料是具有無機纖維材料的墊形保持材料，其包含：表面層，表面層具有無機膠體顆粒；以及內部區域，內部區域定位成比表面層更靠內側並且用無機膠體顆粒和有機粘結劑浸漬；其中與內部區域相比，表面層包含濃度更高的無機膠體顆粒；並且內部區域中的無機膠體顆粒的量基於內部區域的總質量計為1質量％至10質量％。

本發明的另一個方面涉及一種汙染控制裝置。該裝置提供殼體；設置在殼體中的汙染控制元件；以及設置在殼體和汙染控制元件之間的保持材料。

本發明的又一個方面涉及一種製造保持材料的方法。該製造方法是用於保持材料的製造方法，該方法包括：將含有無機膠體顆粒和有機粘結劑的第一液體浸漬到由無機纖維材料製成的片材中的步驟；乾燥浸漬有第一液體的片材的步驟；以及通過用至少包含無機膠體顆粒的第二液體塗覆片材的表面來形成表面層的步驟。

本發明提供一種保持材料，其能夠充分地維持在高溫下將汙染控制元件保持在汙染控制裝置中的功能。

附圖說明

圖1為示出了根據本發明的實施方案的保持材料的透視圖。

圖2為形成無機纖維材料的片材的光學顯微鏡照片，其中(a)和(b)是在用無機膠體顆粒和有機粘結劑浸漬之前和之後拍攝的照片。

圖3(a)為沿圖1的線III-III的示意性剖視圖，並且(b)為示意性地示出無機膠體顆粒在圖3(a)的厚度方向上的A-B處的分布的圖。

圖4為示出在本發明的實施方案的保持材料已經暴露於高溫條件之後，燒結的無機膠體顆粒附連到無機纖維的狀況的示意圖。

圖5為示意性地示出根據本發明的實施方案的汙染控制裝置的剖視圖。

圖6為示意性地示出用於測量保持材料的靜摩擦係數的裝置的剖視圖。

圖7是示出在實施例1和比較例1的保持材料的烘烤之後的表面壓力變化的圖。

具體實施方式

根據本發明的一個實施方案的含有無機纖維材料的墊形保持材料包括具有無機膠體顆粒的表面層和定位成比表面層更靠內側並且浸漬有無機膠體顆粒和有機粘結劑的內部區域，並且其主要特徵在於，固定量的無機膠體顆粒浸漬在內部區域中，並且與在內部區域中相比，無機膠體顆粒在表面層中以更高的濃度存在。利用本實施方案的保持材料，即使在高溫下消耗有機粘結劑之後，表面層和內部區域中的無機膠體顆粒仍將保留，從而可以維持高的表面壓力和靜摩擦係數，並且因此實現了高保持力。

此外，本實施方案的保持材料可通過一種方法形成，該方法包括：將含有無機膠體顆粒和有機粘結劑的第一液體浸漬到由無機纖維材料製成的片材中的步驟；乾燥浸漬有第一液體的片材的步驟；以及通過用至少包含無機膠體顆粒的第二液體塗覆片材的表面來形成表面層的步驟。通過將用具有無機膠體顆粒的第二液體塗覆片材表面的步驟提供為與浸漬步驟是分開的，固定量的無機膠體顆粒和有機粘結劑將存在於內部區域中，並且將形成主要包含無機膠體顆粒的表面層，並且可以實現保持材料，其中與內部區域相比，無機膠體顆粒在表面層中以更高的濃度存在。

在本申請的說明書中，當汙染控制元件(例如催化劑載體)通過保持材料保持在汙染控制裝置(例如催化轉化器)中時，汙染防止元件的保持力通過下述公式確定。

保持力＝(表面壓力)×(靜摩擦係數)

因此，通過增加保持材料上的壓縮量來增加保持材料的表面壓力，或通過增加保持材料的靜摩擦係數，可以增加汙染控制元件的保持力。利用本實施方案的保持材料，在保持材料的表面上形成包含高濃度的無機膠體顆粒的表面層。因此，保持材料的表面可以被賦予展示出比形成保持材料的陶瓷纖維和其它無機纖維的表面高的摩擦係數的表面形狀，這是因為該表面層的存在。此外，由於存在這種表面形狀，可以增加保持材料的表面和汙染控制元件的表面或殼體的表面之間的摩擦係數。具體地，如果殼體由例如不鏽鋼(SS)的金屬板製成，那麼本實施方案的保持材料和殼體之間的摩擦係數增加。

本發明的優選實施方案在下文中參照附圖詳細地描述。

圖1為示出本實施方案的保持材料的一個示例的透視圖。該圖中所示的保持材料10纏繞在具有圓柱形或橢圓柱形外形的汙染控制元件30上，以便將該元件保持在殼體20中(參見圖5)。保持材料10具有與汙染控制元件30的外周長的長度相一致的長度。保持材料10例如具有在一端上的凸部10a和在另一端上的凹部10b，並且具有這樣的形狀，使得當保持材料10纏繞在汙染控制元件30上時，凸部10a和凹部10b互相嚙合，但用於配合的形狀沒有特定地限制，並且能夠有效地防止廢氣在配合區域中洩漏的任何形狀都是可接受的，並且諸如L形的其它形狀也是可能的。

圖2是使用光學顯微鏡拍攝的片材1的放大照片。圖2(a)是未附連有機粘結劑和無機膠體顆粒的由鋁纖維製成的片材的照片。當有機粘結劑和無機膠體顆粒附連到該片材上時，有機粘結劑和無機膠體顆粒將附著到無機纖維的表面和交匯處，並且因此可實現將纖維粘結在一起的效果，同時賦予氧化鋁纖維的表面凹形和凸形形狀，如圖2(b)所示。

如圖3(a)所示，保持材料10具有主要含有無機膠體顆粒的表面層5和定位成比表面層5更靠內側的內部區域6。無機膠體顆粒4和有機粘結劑3浸漬到內部區域6中。圖3(b)中示出無機膠體顆粒在保持材料10的厚度方向上的濃度分布。如該圖中所示，無機膠體顆粒以預定濃度浸漬在內部區域中，並且表面層5中的無機膠體顆粒4的濃度高於內部區域6中的濃度。保持材料10在兩個表面上具有表面層5。需注意，保持材料10僅在一個表面上具有表面層5是可接受的。還需注意，在本申請的說明書中，無機膠體顆粒的「濃度」可指示固定區域中的無機膠體顆粒的量，諸如每單位面積或每單位體積的無機膠體顆粒的量。

包含在一個表面層5中的每單位面積的無機膠體顆粒4的量可以為1g/m2至20g/m2。如果包含在表面層5中的無機膠體顆粒4的量為1g/m2或更高，那麼可以容易地實現將汙染控制元件保持在殼體中所需的靜摩擦係數，但另一方面，如果該量為20g/m2或更小，那麼可以防止表面層5變得過硬，並且可以抑制表面層5的破裂和無機膠體顆粒4的脫離。表面層5中的無機膠體顆粒4的量優選地為2g/m2至18g/m2，並且更優選地為3g/m2至15g/m2。需注意，基於表面層5的保持材料的總質量計的量例如為約0.05質量％至3質量％，並且當考慮表面層的厚度時，無機膠體顆粒可以被稱為是以比內部區域高的濃度分布在表面層中。

形成表面層5以便覆蓋片材1的表面，或者呈現其在片材1側上的至少一部分嵌入片材1中的形式。表面層5包含無機膠體顆粒4作為附連到片材1的那些組分中的主要組分。需注意，關於無機膠體顆粒是否以高濃度存在，如果包含無機膠體顆粒的溶液在製造條件下作為主要組分塗覆到片材的表面上，那麼無機膠體顆粒顯然將以高濃度作為主要組分包含在表面層5中。此外，在最終產品中，無機膠體顆粒的附連條件可通過以下方式確認：通過使用各種類型的表面分析技術來比較表面層和內部區域，或者通過使用光學顯微鏡、SEM等來觀察表面。需注意，除了無機膠體顆粒之外，還可包含有機粘結劑3。在本文中，主要組分是指作為表面層5的主要組分的組合物，不包括無機纖維。主要組分不限於單一類型，也可存在多種主要組分。例如，基於質量，無機膠體顆粒可以作為主要組分以0.01質量％或更高的含量包含在表面層中。需注意，作為無機膠體顆粒4以高濃度存在的區域的表面層5的厚度沒有特定地限制。表面層5的厚度可以是例如0.1mm至2mm，或者可以是0.1mm至1mm(參見圖3)。

在保持材料10中，如果提供主要含有無機膠體顆粒4的表面層5，那麼無機膠體顆粒將以高濃度存在於保持材料10的表面上。保持材料10將展示出保持足夠高的靜摩擦係數的效果，因為當暴露於高溫條件下時，無機膠體顆粒4的燒結將進行。

圖3(a)僅示出無機膠體顆粒4的分布，但有機粘結劑3的分布沒有特別地限制。與無機膠體顆粒4類似，有機粘結劑可僅分布在內部區域中，或者可以比內部區域6中高的含量包含在表面層5中。

需注意，減少保持材料中包含的有機粘結劑的量對於高度先進的汽車發動機的控制系統特別有用。如果保持材料中包含過量的有機粘結劑，那麼控制系統的傳感器可能會與其燃燒一起發生故障。具體地，如果具有-5℃或更低的玻璃化轉變溫度的丙烯酸類膠乳用作有機粘結劑，那麼有機粘結劑在室溫(裝配過程在該室溫下執行)下將具有相對於無機纖維的足夠高的潤溼性，並且因此無機纖維的散射可得到有效地抑制。即使有機粘結劑的含量基於保持材料的總質量計為例如3質量％或更小，纖維片的散射也可得到有效地抑制。

保持材料10中的有機粘結劑的量基於保持材料10的總質量計優選地為3質量％或更小，並且更優選地為2質量％或更小。如上所述，通過控制有機粘結劑的含量，可以消除由於有機粘結劑的燃燒導致的汽車控制系統的傳感器的故障等的風險。從防止纖維片的散射的角度來看，有機粘結劑含量的下限優選地為0.1質量％。

有機粘結劑3和無機膠體顆粒4都分散在保持材料10的內部區域6中。即使在有機粘結劑被燒掉之後，附著到無機纖維的表面的無機膠體顆粒仍保留在墊形保持材料中，並且因此可展示出維持殼體的內表面和汙染控制元件之間的足夠高的表面壓力的效果。

內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於保持材料的總質量計可以為1質量％至10質量％。如果內部區域6中的無機膠體顆粒4的量為1質量％或更高，那麼可容易地實現足夠高的表面壓力。需注意，如果內部區域6中的無機膠體顆粒4的量超過10質量％，那麼保持材料10的柔韌性將不足，並且將保持材料10纏繞在汙染控制元件上的工作將是困難的。內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於保持材料的總質量計優選地為2質量％至8質量％，並且更優選地為2質量％至5質量％。

表面層5中的有機粘結劑3的量沒有限制，但可以為例如0.2g/m2至25g/m2，但0.4g/m2至10g/m2是更優選的。如果表面層5中的有機粘結劑3的量為0.2g/m2或更高，那麼無機纖維的散射可得到充分抑制，並且如果該量為25g/cm2或更小，那麼可充分降低所使用的有機粘結劑的量。

表面層5和內部區域6中的有機粘結劑的量可以通過使用保持材料的加熱重量損失作為有機粘結劑的量，使用下文相對於每個區域所描述的方法來測量。

無機膠體顆粒4和有機粘結劑3優選地通過基本上均勻地分散在保持材料10的內部區域6中來使用。換句話說，當觀察保持材料10的厚度時，無機膠體顆粒4和有機粘結劑3在保持材料10的內部區域6的厚度方向上優選地是基本上均勻地分散的。

接下來，將描述形成保持材料10的片材1、有機粘結劑3和無機膠體顆粒4。

片材1包括纖維材料，優選地無機纖維。用於形成片材1的優選無機纖維可以是玻璃纖維、陶瓷纖維、碳纖維、碳化矽纖維和硼纖維，但如有必要，也可使用其它無機纖維。無機纖維可以是單獨使用的單一類型，或者可以是組合使用的兩種或更多種類型，並且複合纖維也是可接受的。陶瓷纖維諸如氧化鋁纖維、二氧化矽纖維和氧化鋁-二氧化矽纖維對於無機纖維是特別優選的。陶瓷纖維可以是單獨使用的單一類型，或可以是組合使用的兩種或更多種類型，並且複合纖維也是可接受的。此外，其它無機纖維可以用作陶瓷纖維或其它無機纖維的添加劑。優選的添加劑的示例包括氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化鉻、氧化釔和氧化鑭。添加劑通常以粉末或細顆粒的形式使用，並且單一類型可單獨使用，或者兩種或更多種類型可作為混合物使用。

形成片材1的無機纖維的厚度(平均直徑)沒有特定地限制，但平均直徑為約2μm至7μm的纖維是合適的。如果無機纖維具有小於約2μm的平均直徑，那麼將存在脆性和強度不足的趨勢，但相反地，平均直徑大於約7μm的纖維將趨於難以形成保持材料。

此外，類似於厚度，無機纖維的長度也沒有特定地限制。然而，無機纖維優選地具有約0.5mm至50mm的平均長度。如果無機纖維的平均長度小於約0.5mm，那麼將難以實現使用這些纖維形成保持材料的效果等，但相反地，如果長度大於約50mm，那麼操作特性將可能較差，並且因此保持材料的製造過程將不容易順利地進行。

片材1可為主要由氧化鋁纖維層的層合片材製成的氧化鋁纖維片材。氧化鋁纖維片材中的氧化鋁纖維的平均長度優選地處於約20mm至200mm的範圍內，並且該纖維的厚度(平均直徑)優選地處於約1μm至40μm的範圍內。此外，氧化鋁纖維優選地具有莫來石組合物，其中Al2O3/SiO2的重量比使得(Al2O3/SiO2)＝約70/30至74/26。

可以通過使用線紡絲基體溶液製造上述氧化鋁纖維片材，該溶液包含由氧化鋁源(諸如氯氧化鋁等)、二氧化矽源(諸如二氧化矽溶膠等)、有機粘結劑(諸如聚乙烯醇等)和水組成的混合物。換句話說，將紡絲氧化鋁纖維前體層壓以形成片材，然後通常在約1000℃至1300℃的高溫下烘烤該片材，以製備上述片材。

該片材優選地為隨後進行針刺的模製品。利用這種類型的片材，通過形成片材的無機纖維材料的纏結可確保單個片材的形狀保持特性。

有機粘結劑附著到無機纖維，並且抑制纖維片的散射。有機粘結劑的合適示例包括天然或合成的聚合物材料(諸如丁二烯-苯乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚醋酸乙烯酯樹脂、丙烯酸類樹脂和其它樹脂材料)以及有機材料(諸如聚乙烯醇等)。丙烯酸類膠乳可優選地用作有機粘結劑。

存在許多不同類型的丙烯酸類膠乳，但是考慮到保留材料10的構造所需的特性和汙染控制元件30所需的特性，優選地選擇具有合適的玻璃化轉變溫度(Tg)的丙烯酸類膠乳。已知丙烯酸類膠乳正常具有處於-70℃至50℃的範圍內的Tg，但是根據本實施方案，具有15℃或更低的Tg的丙烯酸類膠乳是優選的，但是具有1℃或更低或者具有-10℃或更低的Tg的膠乳也可使用。如果使用具有15℃或更低的Tg的丙烯酸類膠乳，那麼在普通操作溫度(25℃)下可向墊中的無機纖維展示出足夠高的潤溼性，並且因此纖維片的散射可得到有效地抑制，其中將汙染控制元件30裝配在殼體20中的操作在該普通操作溫度下執行。

本實施方案中使用的有機粘結劑可以是任何丙烯酸類膠乳，只要其對保持材料10的特性沒有不利影響，並且可以使用各種類型的丙烯酸類膠乳，如果需要，可商購獲得的丙烯酸類膠乳可以原樣使用，或者可以在任意改性以匹配將使用保持材料的環境之後使用。適當的丙烯酸類膠乳為通過將丙烯酸類樹脂分散在水性介質或其它介質中而獲得的膠態分散體。

如果與有機粘結劑3一起浸漬到片材1中，那麼無機膠體顆粒4將以分散狀態存在於內部區域6中。更具體地，在對保持材料10施加熱之前，無機膠體顆粒4連同有機粘結劑將附著並存在於無機纖維的表面上和纖維交匯點處。隨後，如果保持材料10暴露於高溫條件下，使得有機粘結劑3將燃燒，那麼無機膠體顆粒4的燒結將進行，並且已經附著到無機纖維的表面的無機膠體顆粒4將牢固地粘結到無機纖維並形成燒結體4a，因此認為無機纖維的表面粗糙度將增加，並且無機膠體顆粒將對抑制無機纖維的相互滑動起作用(參見圖4)。另一方面，已經附著到無機纖維的交匯點的無機膠體顆粒4將形成燒結體4b，將粘結交匯點，並且據認為對維持無機纖維的三維形狀起作用。由於無機膠體顆粒4的功能，保持材料10將不容易在厚度方向(圖4中的箭頭T的方向)上被壓縮，並且因此認為可維持足夠高的表面壓力(參見圖4)。此外，保持材料10的表面層5中的無機膠體顆粒4將有助於增加保持材料10的表面粗糙度，並且因此認為可維持高的靜摩擦係數。需注意，圖4是概念性示意圖，用以輔助理解片材中的無機膠體顆粒4和無機纖維1a在有機粘結劑燃燒之後的結構示例。

無機膠體顆粒4可為可牢固地粘結到無機纖維1a的任何類型，並且優選的具體示例包括由金屬氧化物、氮化物、碳化物和它們的化合材料製成的細小顆粒形成的膠體顆粒。這些細小顆粒可以是單獨使用的單一類型，或可以是組合使用的兩種或更多種類型。如果片材1是包含氧化鋁纖維的片材，那麼從與氧化鋁纖維的粘結特性的角度來看，無機膠體顆粒4優選地由選自二氧化矽細小顆粒、氧化鋁細小顆粒、二氧化鈦細小顆粒和氧化鋯細小顆粒的細小顆粒形成。

需注意，對於本實施方案，無機膠體顆粒的尺寸和形狀沒有限制，只要顆粒將附著到無機纖維，並且當保持材料用於汙染控制裝置中時，在有機粘結劑已燃燒之後，無機膠體顆粒將保留在片材中，但是從燒結特性的角度來看，無機膠體顆粒4的平均粒徑優選地為1μm或更小，並且更優選地為500nm或更小。另一方面，從處理特性和採購的容易性來看，無機膠體顆粒4的平均粒徑的下限值優選地為1nm，並且更優選地為4nm。需注意，平均粒徑可使用BET方法作為代表性示例來測量。

本實施方案的保持材料10具有主要含有無機膠體顆粒4的表面層，並且因此可實現比常規材料高5％至10％的表面壓力。例如，如果烘烤前的堆積密度設定為0.25g/cm3，那麼表面壓力可為90kPa或更高、100kPa或更高、或者110kPa或更高。然而，如果堆積密度設定為0.25g/cm3，那麼表面壓力超過400kPa的保持材料將有可能在汙染控制裝置中的最大堆積密度下壓碎催化控制元件。此外，本實施方案的保持材料10具有主要含有無機膠體顆粒4的表面層，並且因此與常規材料相比，可實現更高的焙燒前的靜摩擦係數，並且例如，可實現處於0.30或更高或者0.34或更高至1.00或更低的範圍內的高值。

另外，保持材料10在焙燒後可維持高的表面壓力，並且因此汙染控制元件能夠被牢固地保持在殼體中持續長時間段。焙燒後的保持材料的表面壓力可通過例如以下方法來測量。保持材料被兩個板壓縮直到達到堆積密度為0.25g/cm3的墊壓力，然後將一個板加熱至900℃，而另一個板加熱至650℃。接下來，在板已經分別達到900℃和650℃之後20小時測量表面壓力，由此可實現焙燒後的表面壓力。焙燒後的表面壓力可為60kPa或更高、65kPa或更高、或者70kPa或更高的高表面壓力。

此外，保持材料10即使在焙燒(600℃持續1小時)後也可維持高的靜摩擦係數，並且因此汙染控制元件能夠被牢固地保持在殼體中持續長時間段。例如，接觸殼體的表面的靜摩擦係數可為0.30或更高、0.32或更高、或者0.35或更高。保持材料在焙燒後的靜摩擦係數可維持在1.00或更低的範圍內的高值。

接下來，描述保持材料10的製造方法。根據本實施方案的製造方法包括：(a)將含有無機膠體顆粒4和有機粘結劑3的第一液體浸漬到由無機纖維材料製成的片材1中的步驟；(b)乾燥浸漬有第一液體的片材1的步驟；(c)以及通過用至少包含無機膠體顆粒4的第二液體塗覆片材1的表面來形成表面層5的步驟。利用上述製造方法，可實現保持材料10，其中有機粘結劑3和無機膠體顆粒4的兩種組分將分散存在於基本上整個片材1中，並且無機膠體顆粒4將被塗覆到表面層5上。因此，利用該製造方法，可有效地製備表現出優異的表面壓力和優異的靜摩擦係數並且能夠抑制纖維片的散射的保持材料10。

步驟(a)的第一溶液中的有機粘結劑3和無機膠體顆粒4可為如上所述。此外，也可使用分散有無機膠體顆粒4的膠體溶液。分散有無機膠體顆粒的膠體溶液(無機溶膠)的優選示例包括二氧化矽溶膠、氧化鋁溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化鋯溶膠等。例如，二氧化矽溶膠可為商用Snowtex(註冊商標，日產化工株式會社(Nissan Chemical Industries,Ltd.)的產品)等。使用膠體溶液是有利的，因為可容易地製備含有足夠尺寸的無機膠體顆粒的均勻溶液。

浸漬方法沒有特定地限制，只要該方法能夠將無機膠體顆粒4和有機粘結劑3充分地附著到形成片材1的內部區域的無機纖維。例如，可將片材1浸入第一溶液中，或者可將該溶液塗覆到片材1的表面上，然後可通過從背部表面施加吸力將溶液浸漬到整個片材中，或者無機膠體顆粒4和有機粘結劑3可浸漬到片材1的內部區域中，並且可通過使用片材1執行過濾溶液的過程而附著到內部區域的無機纖維。

在步驟(a)中，優選地調節第一液體的組成，使得片材的定位成比表面層5更靠內側的內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於內部區域的總質量計為1質量％至10質量％。如果內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於內部區域6的總質量計小於1質量％，那麼將難以實現足夠的表面壓力。此外，如果內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於內部區域6的總質量計超過10質量％，那麼保持材料10將太硬，並且因此保持材料10將不可能具有足夠的柔韌性以纏繞在汙染控制元件上。更優選地調節第一液體的組成或浸漬條件，使得內部區域6中的無機膠體顆粒4的量基於內部區域6的總質量計為2質量％至8質量％。

步驟(b)可以是能夠乾燥通過步驟(a)獲得的片材1的步驟。例如，可以在設定為80℃至250℃的強制空氣乾燥器中將從步驟(a)獲得的片材幹燥達10分鐘至180分鐘。

步驟(c)的第二液體可以是至少含有無機膠體顆粒的溶液。需注意，也可使用與包含有機粘結劑3和無機膠體顆粒4的第一液體相同的液體。

塗覆方法沒有特定地限制，並且可以是能夠將第二液體基本上僅均勻地附著到片材1的表面區域的方法。塗覆方法的優選示例包括噴塗、輥塗、膜轉印、簾式塗覆等。

此外，步驟(c)中的塗覆優選地通過將第二液體塗覆到片材1的兩個表面上來執行。利用以這種方式獲得的保持材料10，在兩個表面上提供含有大量無機膠體顆粒4的表面層5，因此保持材料10的兩個表面的靜摩擦係數將增加，並且汙染控制元件可更牢固地保持在殼體中。此外，通過用含有高濃度的無機膠體顆粒4和有機粘結劑3的表面層5覆蓋保持材料10的兩個表面，可進一步抑制纖維片的散射。

在步驟(c)中，優選地調節第二液體的組成和第二液體的塗覆量，使得通過塗覆形成的表面層5的無機膠體顆粒4的量在1g/m2至20g/m2的範圍內。如果表面層中的無機膠體顆粒的量小於1g/m2，那麼將難以實現將汙染控制元件保持在殼體中所必需的靜摩擦係數。另一方面，如果表面層中的無機膠體顆粒的量高於20g/m2，那麼表面層5將是硬的，並且將容易發生表面層5的破裂和無機膠體顆粒4的脫落。表面層5中的無機膠體顆粒4的量更優選地為2g/m2至18g/m2，甚至更優選地為3g/m2至15g/m2，並且可調節第二液體的組成和第二液體的塗覆量以實現該範圍。

利用本實施方案的製造方法，優選地調節第一液體和第二液體的組成以及第二液體的塗覆量，使得有機粘結劑3的量基於保持材料10的總質量計為3質量％或更小。以這種方式獲得的保持材料10可抑制伴隨有機粘結劑的燃燒的控制系統傳感器故障的可能性，因為有機粘結劑的量將是低的。有機粘結劑3的量基於保持材料10的總質量計更優選地為2質量％或更小，甚至更優選地為1質量％或更小，並且可調節第一液體和第二液體的組成以及第二液體的塗覆量以實現該範圍。

在執行步驟(a)至(c)之後，通過使片材脫水和/或乾燥來獲得本實施方案的保持材料。如有必要，可通過切割成期望的形狀和尺寸來使用所獲得的保持材料。

如圖5所示，保持材料10用於將汙染控制元件30保持在汙染控制裝置50中。汙染控制元件30的一個具體示例為用於清潔來自發動機的廢氣的催化劑載體或過濾元件等。汙染控制裝置50的具體示例包括催化轉化器或排氣清潔裝置(例如柴油機顆粒過濾裝置)。

圖5中示出的汙染控制裝置50具有殼體20、設置在殼體20中的汙染控制元件30，以及設置在殼體20的內表面和汙染控制元件30的外表面之間的保持材料10。汙染控制裝置50還具有氣體進入口21和氣體排放口22，在氣體進入口21將廢氣引入到汙染控制元件30，在氣體排放口22排放已穿過汙染控制元件30的廢氣。

從減少所使用的保持材料10的量和確保氣密性的角度來看，殼體20的內表面和汙染控制元件30的外表面之間的間隙的寬度優選地為約1.5mm至15mm。保持材料10優選地處於適當壓縮條件以實現殼體20和汙染控制元件30之間的合適的堆密度。通過使用保持材料10保持汙染控制元件30，可在製造過程中充分地抑制無機纖維材料的散射，並且可在殼體20的內表面和汙染控制元件30之間維持足夠高的表面壓力和靜摩擦係數。此外，與常規構造相比，可將裝配期間的堆密度設定得較低，因此可減少相對昂貴的無機纖維材料的使用量。

壓縮和裝配保持材料10的方法可以是翻蓋法、填充法、止血帶法等。

汙染控制裝置50可通過提供具有高表面壓力和高靜摩擦係數兩者的保持材料10將汙染控制元件30牢固地保持在殼體20中。

例如，如果催化轉化器被構造為汙染控制裝置50，那麼催化轉化器優選地是具有整體形式的催化劑元件的催化轉化器，或者換句話說是整體型催化轉化器。該催化轉化器由具有小通道和蜂窩橫截面的催化劑元件製成，因此與常規的板式類型催化轉化器相比，其尺寸將更小，與催化劑和廢氣的接觸表面將得到充分保證，因此能夠保持廢氣阻力為低的，並且因此能夠更有效地執行廢氣的處理。催化轉化器可以被有利地用於與各種類型的內燃機結合來處理廢氣。具體地，當在汽車諸如客車、公共汽車、卡車等的排氣系統中實施具有這種構造的催化轉化器時，可展示出優異的效果。

待由催化劑載體攜帶的催化劑通常是金屬(諸如鉑、釕、鋨、銠、釔、鎳、鈀等)或金屬氧化物(諸如五氧化二釩、二氧化鈦等)，並且優選地使用塗層形式。需注意，汙染控制裝置可通過使用過濾元件代替催化劑載體而構造為柴油顆粒過濾器。

實施例

參考實施例來描述本發明。需注意，本發明並不以任何方式受這些實施例限制。

實施例1

浸漬步驟

通過將24g膠態二氧化矽(Snowtex OS，由日產化工株式會社(Nissan Chemical Industries,Ltd.)生產)和0.7g Nippol LX874(Tg：-31℃，由日本瑞翁有限公司(Nippon Zeon Co.,Ltd.)生產)添加到500mL水中並攪拌5分鐘來製備包含無機膠體顆粒和有機粘結劑的第一液體。將針刺氧化鋁纖維毯(由三菱樹脂株式會社(Mitsubishi Plastics,Inc.)生產，Muftech MLS-2毯(產品名稱))切割成14cm×49cm，通過噴塗來塗覆第一液體，然後在金屬網上執行抽吸和脫水持續5秒。在以此方式將第一液體浸漬到毯中之後，使用溫度設定為170℃的強制空氣乾燥器執行乾燥持續30分鐘。

表面塗覆步驟

通過將63g膠態二氧化矽(Snowtex OS)和10g Nippol LX874添加到65mL水中並攪拌1分鐘來製備包含無機膠體顆粒和有機粘結劑的第二液體。將第二液體施加到已經用第一液體浸漬的毯的上表面和下表面，並通過將總計為每個毯7g/m2的量噴塗到該毯的兩個表面上來乾燥，使得膠態二氧化矽的量分別為3.5g/m2。將施加有第二液體的毯在溫度設定為170℃的強制空氣乾燥器中乾燥5分鐘，從而製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.7質量％。

實施例2

類似於實施例1製備保持材料，除了將第二液體的量通過將總計為每個毯14g/m2的量噴塗到已經用第一液體浸漬的毯的上表面和下表面上而施加到兩個表面並且然後乾燥，使得膠態二氧化矽的量為7.0g/m2。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.8質量％。

實施例3

類似於工作實施例1製備保持材料，除了將第二液體通過將總計為每個毯28g/m2的量噴塗到已經用第一液體浸漬的毯的上表面和下表面上而施加到兩個表面並且然後乾燥，使得膠態二氧化矽的量為14g/m2。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.8質量％。

實施例4

通過將36g膠態氧化鋁(氧化鋁溶膠，日產化工株式會社的產品)和0.7g Nippol LX874添加到500mL水中並攪拌5分鐘來製備包含無機膠體顆粒和有機粘結劑的第一液體。除了使用該第一液體之外，類似於工作實施例2製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.8質量％。

比較例1

通過將0.7g Nippol LX874添加到500mL水中並攪拌5分鐘來製備第一液體。將針刺氧化鋁纖維毯切割成14cm×49cm，通過噴塗來施加第一液體，然後在金屬網上執行抽吸和脫水持續5秒。通過以這種方式將第一液體浸漬到毯中，並使用溫度設定為170℃的強制空氣乾燥器乾燥30分鐘來製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.4質量％。

比較例2

通過對比較例1的保持材料執行與實施例1的相同的方法來製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.8質量％。

比較例3

通過僅執行實施例1的來製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.4質量％。

比較例4

通過將95g膠態二氧化矽(Snowtex OS，日產化工株式會社的產品)和0.7g Nippol LX874添加到430mL水中並攪拌5分鐘來製備包含無機膠體顆粒和有機粘結劑的第一液體。除了使用該第一液體之外，類似於實施例1製備保持材料。保持材料中的有機粘結劑的量基於保持材料的總質量計為0.7質量％。

測量整個保持材料中的有機粘結劑的量。

將從每個保持材料切割的25mm×25mm樣品在烘箱中於110℃下乾燥1小時，然後測量包含有機粘結劑的樣品的質量(W0)。接下來，將樣品在加熱爐中於900℃下加熱1小時，並測量有機粘結劑燃燒之後的質量(W1)。使用下述公式計算對應於整個保持材料中的有機粘結劑的含量的加熱重量損失(LOIt)。

加熱損失(LOIt)(質量％)＝(W0-W1)/W0×100

測量內部區域和表面層中的有機粘結劑和無機膠體顆粒的量。

首先，在浸漬之前從無機纖維片材切割50mm×50mm樣品，並測量重量(Wm0)。接下來，將在每個實施例和比較例的條件下用含有有機粘結劑和無機膠體顆粒的溶液浸漬的無機纖維片材在烘箱中於110℃下乾燥1小時，然後測量無機纖維片材的重量(Wm1)。接下來，將樣品在加熱爐中於900℃下加熱1小時，並測量有機粘結劑燃燒之後的質量(Wm2)。

接下來，從在每個實施例和比較例的條件下已經通過浸漬步驟(在浸漬和乾燥之後)的無機纖維片材切割新的50mm×50mm樣品，然後測量重量(Wm3)。接下來，在每個實施例和比較例的條件下，將含有有機粘結劑和無機膠體顆粒的溶液噴塗到一個側表面上，在烘箱中於110℃下執行乾燥1小時，然後測量重量(Wm4)。接下來，將樣品在加熱爐中於900℃下加熱1小時，並測量有機粘結劑燃燒之後的質量(Wm5)。

使用下述公式計算對應於內部區域中的有機粘結劑的含量的加熱重量損失(LOIm)。

加熱損失(LOIm)(質量％)＝(Wm1-Wm2)/Wm4×Wm3/Wm1×100無機膠體顆粒的量(ICm)(質量％)＝(Wm2-Wm0)/Wm4×Wm3/Wm1×100

使用下述公式計算對應於表面層中的有機粘結劑的含量的加熱重量損失(LOIs)。

加熱損失(LOIs)(質量％)＝(Wm4-Wm5)/Wm4×100-LOIm

無機膠體顆粒的量(ICs)(質量％)＝(Wm5-Wm3)/Wm4×100+LOIm

每單位面積的無機膠體顆粒的量可根據無機纖維片材的每單位面積的重量和樣品尺寸來計算。

測量環境溫度下保持材料的表面壓力。

(1)使用切割模具由以類似於實施例1的方式製備的保持材料(尺寸：250mm×250mm)來製備圓形測試片(直徑：45mm)，並且測量其質量。

(2)根據質量的測量值來計算堆積密度將為0.25g/cm3的墊厚度。

(3)將測試片放置在壓縮測試器(由島津公司(Shimadzu Corporation)製造的「Autograph AG-I」型號)的壓縮板的中心上，並且以20mm/分鐘的速率壓縮，直至實現由上述計算所確定的預定墊厚度。將峰值處的壓力用作表面壓力(kPa)。

測量焙燒前保持材料的靜摩擦係數。

使用Autograph AGS100D(註冊商標，島津公司)通過以下程序測量不鏽鋼(SS)板和保持材料之間的靜摩擦係數。

將每種保持材料切割成50mm正方形，從而製造樣品片。如圖6所示，通過使用雙面膠帶將樣品片11的表面附著到不鏽鋼(SS)板66上來固定樣品片11，樣品片11的表面在待測量靜摩擦係數的表面12的相對側上。

將長度為約1m的SS簾線63的一端附連到SS板66上，並且另一端通過滑輪塊65附連到負荷傳感器64。此時，滑輪塊65布置在負荷傳感器64的正下方，並且當負荷傳感器64被提升時，附連到樣品片11的SS板66平行於地面運動。

接下來，將樣品片11放置在SS板61上的適當位置，使得SS簾線63垂直於滑輪塊65的中心軸線，並平行於地面。將SS板61在板表面上進行2B處理(冷軋過程)以便能夠用於代替殼體，並且對表面進行機械加工以實現0.2μm至0.5μm的表面粗糙度Ra。此外，調節負荷傳感器64的高度，使得樣品片11定位於離滑輪組65最大距離處。

將12kg負荷67放置在SS板66上。接下來，使負荷傳感器64升高，並且以100mm/分鐘的拉伸速度沿箭頭的方向拉動SS簾線63。將緊接在樣品片11開始從SS板61的表面滑動之前測量的負荷記錄為靜摩擦力(N)。通過將靜摩擦力除以施加到包括SS板66的樣品片11的負載(N)來計算靜摩擦係數。

測量焙燒後保持材料的靜摩擦係數。

從每個保持材料切割50mm的正方形以產生樣品片。將樣品片在設定為600℃的電加熱爐中焙燒1小時。接下來，除了使用已經冷卻至環境溫度的樣品片之外，通過在中描述的方法來測量靜摩擦係數。

測量載體拉出力

將每種保持材料切成75mm寬和350mm長的片，然後纏繞在具有115mm長和105mm外徑的圓柱形催化劑載體(註冊商標「HONEYCERAM」，由NGK有限公司(NGK Ltd.)生產)的外周長上。使用導錐將樣品以40mm/秒的速率壓力配合到長度為150mm且內徑為114mm的圓柱形不鏽鋼殼體中。在壓力配合之後二十四小時，以40mm/秒的速率從不鏽鋼殼體中拉出催化劑載體，並且根據此時的最大負荷(N)來計算保持材料的每單位面積的載體拉出力(N/cm2)。需注意，比較例4提供了硬的保持材料，並且纏繞在催化劑載體上是困難的，因為內部區域中的無機膠體顆粒的量較高，因此不能測量該保持材料的載體拉出力。

結果示出於表1中。

表1

測量焙燒後保持材料的表面壓力

(1)使用切割模具由以類似於實施例1的方式製備的保持材料來製備圓形測試片(直徑：45mm)，並且測量其質量。

(2)根據質量的測量值來計算堆積密度將為0.25g/cm3的墊厚度(不包括焙燒損失的組分，諸如有機組分等)。

(3)將測試片夾在壓縮測試器(由島津公司生產的「Autograph AG-I」型號)的兩個板之間，並且以20mm/分鐘的速率壓縮，直至實現由上述計算所確定的預定墊厚度。

(4)在將測試片壓縮的狀態下，將兩個板中的一個加熱至900℃，並且將另一個加熱至650℃。為了觀察表面壓力隨時間的變化，從兩個板分別達到900℃和650℃的時刻(測試開始時間)起每30分鐘測量表面壓力20小時。結果示出於表2和圖7中。需注意，表面壓力的變化可通過下述公式模擬，並且10年之後的表面壓力可由該近似式計算。

Y＝aXb

在該式中，X表示時間(小時)；Y表示表面壓力(kPa)；並且a和b是係數。

由以類似於比較例1的方式製備的保持材料來製備測試片，並且除了將該測試片用於測量之外，如上所述測量表面壓力。結果示出於表2和圖7中。

表2