用于污染控制元件的保持材料、其制造方法以及污染控制装置

技术领域

本发明涉及用于污染控制元件的保持材料、制造该保持材料的方法以及污染控制装置。

背景技术

一氧化碳(CO)、烃类(HC)和氮氧化物(NOx)等包含在来自汽车发动机的废气中。此外，在从柴油发动机排出的废气中包含诸如锡等颗粒物，并且作为用于去除这些颗粒的方法，使用陶瓷催化转化器或柴油颗粒过滤器(DPF)的废气净化系统是已知的。例如，陶瓷催化转化器基本上包括金属壳体和例如容纳在其中的蜂窝状陶瓷催化剂载体。

标准形式的陶瓷催化转化器包括催化剂载体、用于容纳载体的壳体以及堆积在催化剂载体的外圆周表面和壳体的内表面之间的间隙中的绝缘材料。绝缘材料保持催化剂载体，并且防止由于撞击、振动等引起的机械震动无意地施加到催化剂载体。因此，可以充分地抑制催化剂载体的损坏和移动，并且因此可在长时间段内实现期望的效果。这种类型的绝缘材料具有保持诸如催化剂载体等污染控制元件的功能，并且因此通常也称为保持材料。

日本未审查专利申请2012-157809公开了一种保持材料，其包含由无机纤维材料制成的垫和含有有机粘结剂和无机颗粒的聚集体，该保持材料的聚集体基本上浸渍入整个垫中。日本PCT专利申请2009-508044公开了一种保持材料，其包含无机纤维材料垫和含有无机胶体颗粒的至少一个摩擦层。日本未审查专利申请2013-127244公开了一种保持密封材料，其中无机粘结剂和有机粘结剂附连到具有预定厚度的垫上。

发明内容

清洁汽车发动机的废气的过程是在高温下进行的，其中腔室的内部可等于或超过900℃。本发明提供一种保持材料，其能够充分地维持在这样的高温下将污染控制元件保持在污染控制装置中的功能。

本发明的一个方面涉及保持材料。该保持材料是具有无机纤维材料的垫形保持材料，其包含：表面层，表面层具有无机胶体颗粒；以及内部区域，内部区域定位成比表面层更靠内侧并且用无机胶体颗粒和有机粘结剂浸渍；其中与内部区域相比，表面层包含浓度更高的无机胶体颗粒；并且内部区域中的无机胶体颗粒的量基于内部区域的总质量计为1质量％至10质量％。

本发明的另一个方面涉及一种污染控制装置。该装置提供壳体；设置在壳体中的污染控制元件；以及设置在壳体和污染控制元件之间的保持材料。

本发明的又一个方面涉及一种制造保持材料的方法。该制造方法是用于保持材料的制造方法，该方法包括：将含有无机胶体颗粒和有机粘结剂的第一液体浸渍到由无机纤维材料制成的片材中的步骤；干燥浸渍有第一液体的片材的步骤；以及通过用至少包含无机胶体颗粒的第二液体涂覆片材的表面来形成表面层的步骤。

本发明提供一种保持材料，其能够充分地维持在高温下将污染控制元件保持在污染控制装置中的功能。

附图说明

图1为示出了根据本发明的实施方案的保持材料的透视图。

图2为形成无机纤维材料的片材的光学显微镜照片，其中(a)和(b)是在用无机胶体颗粒和有机粘结剂浸渍之前和之后拍摄的照片。

图3(a)为沿图1的线III-III的示意性剖视图，并且(b)为示意性地示出无机胶体颗粒在图3(a)的厚度方向上的A-B处的分布的图。

图4为示出在本发明的实施方案的保持材料已经暴露于高温条件之后，烧结的无机胶体颗粒附连到无机纤维的状况的示意图。

图5为示意性地示出根据本发明的实施方案的污染控制装置的剖视图。

图6为示意性地示出用于测量保持材料的静摩擦系数的装置的剖视图。

图7是示出在实施例1和比较例1的保持材料的烘烤之后的表面压力变化的图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施方案的含有无机纤维材料的垫形保持材料包括具有无机胶体颗粒的表面层和定位成比表面层更靠内侧并且浸渍有无机胶体颗粒和有机粘结剂的内部区域，并且其主要特征在于，固定量的无机胶体颗粒浸渍在内部区域中，并且与在内部区域中相比，无机胶体颗粒在表面层中以更高的浓度存在。利用本实施方案的保持材料，即使在高温下消耗有机粘结剂之后，表面层和内部区域中的无机胶体颗粒仍将保留，从而可以维持高的表面压力和静摩擦系数，并且因此实现了高保持力。

此外，本实施方案的保持材料可通过一种方法形成，该方法包括：将含有无机胶体颗粒和有机粘结剂的第一液体浸渍到由无机纤维材料制成的片材中的步骤；干燥浸渍有第一液体的片材的步骤；以及通过用至少包含无机胶体颗粒的第二液体涂覆片材的表面来形成表面层的步骤。通过将用具有无机胶体颗粒的第二液体涂覆片材表面的步骤提供为与浸渍步骤是分开的，固定量的无机胶体颗粒和有机粘结剂将存在于内部区域中，并且将形成主要包含无机胶体颗粒的表面层，并且可以实现保持材料，其中与内部区域相比，无机胶体颗粒在表面层中以更高的浓度存在。

在本申请的说明书中，当污染控制元件(例如催化剂载体)通过保持材料保持在污染控制装置(例如催化转化器)中时，污染防止元件的保持力通过下述公式确定。

保持力＝(表面压力)×(静摩擦系数)

因此，通过增加保持材料上的压缩量来增加保持材料的表面压力，或通过增加保持材料的静摩擦系数，可以增加污染控制元件的保持力。利用本实施方案的保持材料，在保持材料的表面上形成包含高浓度的无机胶体颗粒的表面层。因此，保持材料的表面可以被赋予展示出比形成保持材料的陶瓷纤维和其它无机纤维的表面高的摩擦系数的表面形状，这是因为该表面层的存在。此外，由于存在这种表面形状，可以增加保持材料的表面和污染控制元件的表面或壳体的表面之间的摩擦系数。具体地，如果壳体由例如不锈钢(SS)的金属板制成，那么本实施方案的保持材料和壳体之间的摩擦系数增加。

本发明的优选实施方案在下文中参照附图详细地描述。

图1为示出本实施方案的保持材料的一个示例的透视图。该图中所示的保持材料10缠绕在具有圆柱形或椭圆柱形外形的污染控制元件30上，以便将该元件保持在壳体20中(参见图5)。保持材料10具有与污染控制元件30的外周长的长度相一致的长度。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，并且具有这样的形状，使得当保持材料10缠绕在污染控制元件30上时，凸部10a和凹部10b互相啮合，但用于配合的形状没有特定地限制，并且能够有效地防止废气在配合区域中泄漏的任何形状都是可接受的，并且诸如L形的其它形状也是可能的。

图2是使用光学显微镜拍摄的片材1的放大照片。图2(a)是未附连有机粘结剂和无机胶体颗粒的由铝纤维制成的片材的照片。当有机粘结剂和无机胶体颗粒附连到该片材上时，有机粘结剂和无机胶体颗粒将附着到无机纤维的表面和交汇处，并且因此可实现将纤维粘结在一起的效果，同时赋予氧化铝纤维的表面凹形和凸形形状，如图2(b)所示。

如图3(a)所示，保持材料10具有主要含有无机胶体颗粒的表面层5和定位成比表面层5更靠内侧的内部区域6。无机胶体颗粒4和有机粘结剂3浸渍到内部区域6中。图3(b)中示出无机胶体颗粒在保持材料10的厚度方向上的浓度分布。如该图中所示，无机胶体颗粒以预定浓度浸渍在内部区域中，并且表面层5中的无机胶体颗粒4的浓度高于内部区域6中的浓度。保持材料10在两个表面上具有表面层5。需注意，保持材料10仅在一个表面上具有表面层5是可接受的。还需注意，在本申请的说明书中，无机胶体颗粒的“浓度”可指示固定区域中的无机胶体颗粒的量，诸如每单位面积或每单位体积的无机胶体颗粒的量。

包含在一个表面层5中的每单位面积的无机胶体颗粒4的量可以为1g/m²至20g/m²。如果包含在表面层5中的无机胶体颗粒4的量为1g/m²或更高，那么可以容易地实现将污染控制元件保持在壳体中所需的静摩擦系数，但另一方面，如果该量为20g/m²或更小，那么可以防止表面层5变得过硬，并且可以抑制表面层5的破裂和无机胶体颗粒4的脱离。表面层5中的无机胶体颗粒4的量优选地为2g/m²至18g/m²，并且更优选地为3g/m²至15g/m²。需注意，基于表面层5的保持材料的总质量计的量例如为约0.05质量％至3质量％，并且当考虑表面层的厚度时，无机胶体颗粒可以被称为是以比内部区域高的浓度分布在表面层中。

形成表面层5以便覆盖片材1的表面，或者呈现其在片材1侧上的至少一部分嵌入片材1中的形式。表面层5包含无机胶体颗粒4作为附连到片材1的那些组分中的主要组分。需注意，关于无机胶体颗粒是否以高浓度存在，如果包含无机胶体颗粒的溶液在制造条件下作为主要组分涂覆到片材的表面上，那么无机胶体颗粒显然将以高浓度作为主要组分包含在表面层5中。此外，在最终产品中，无机胶体颗粒的附连条件可通过以下方式确认：通过使用各种类型的表面分析技术来比较表面层和内部区域，或者通过使用光学显微镜、SEM等来观察表面。需注意，除了无机胶体颗粒之外，还可包含有机粘结剂3。在本文中，主要组分是指作为表面层5的主要组分的组合物，不包括无机纤维。主要组分不限于单一类型，也可存在多种主要组分。例如，基于质量，无机胶体颗粒可以作为主要组分以0.01质量％或更高的含量包含在表面层中。需注意，作为无机胶体颗粒4以高浓度存在的区域的表面层5的厚度没有特定地限制。表面层5的厚度可以是例如0.1mm至2mm，或者可以是0.1mm至1mm(参见图3)。

在保持材料10中，如果提供主要含有无机胶体颗粒4的表面层5，那么无机胶体颗粒将以高浓度存在于保持材料10的表面上。保持材料10将展示出保持足够高的静摩擦系数的效果，因为当暴露于高温条件下时，无机胶体颗粒4的烧结将进行。

图3(a)仅示出无机胶体颗粒4的分布，但有机粘结剂3的分布没有特别地限制。与无机胶体颗粒4类似，有机粘结剂可仅分布在内部区域中，或者可以比内部区域6中高的含量包含在表面层5中。

需注意，减少保持材料中包含的有机粘结剂的量对于高度先进的汽车发动机的控制系统特别有用。如果保持材料中包含过量的有机粘结剂，那么控制系统的传感器可能会与其燃烧一起发生故障。具体地，如果具有-5℃或更低的玻璃化转变温度的丙烯酸类胶乳用作有机粘结剂，那么有机粘结剂在室温(装配过程在该室温下执行)下将具有相对于无机纤维的足够高的润湿性，并且因此无机纤维的散射可得到有效地抑制。即使有机粘结剂的含量基于保持材料的总质量计为例如3质量％或更小，纤维片的散射也可得到有效地抑制。

保持材料10中的有机粘结剂的量基于保持材料10的总质量计优选地为3质量％或更小，并且更优选地为2质量％或更小。如上所述，通过控制有机粘结剂的含量，可以消除由于有机粘结剂的燃烧导致的汽车控制系统的传感器的故障等的风险。从防止纤维片的散射的角度来看，有机粘结剂含量的下限优选地为0.1质量％。

有机粘结剂3和无机胶体颗粒4都分散在保持材料10的内部区域6中。即使在有机粘结剂被烧掉之后，附着到无机纤维的表面的无机胶体颗粒仍保留在垫形保持材料中，并且因此可展示出维持壳体的内表面和污染控制元件之间的足够高的表面压力的效果。

内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于保持材料的总质量计可以为1质量％至10质量％。如果内部区域6中的无机胶体颗粒4的量为1质量％或更高，那么可容易地实现足够高的表面压力。需注意，如果内部区域6中的无机胶体颗粒4的量超过10质量％，那么保持材料10的柔韧性将不足，并且将保持材料10缠绕在污染控制元件上的工作将是困难的。内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于保持材料的总质量计优选地为2质量％至8质量％，并且更优选地为2质量％至5质量％。

表面层5中的有机粘结剂3的量没有限制，但可以为例如0.2g/m²至25g/m²，但0.4g/m²至10g/m²是更优选的。如果表面层5中的有机粘结剂3的量为0.2g/m²或更高，那么无机纤维的散射可得到充分抑制，并且如果该量为25g/cm²或更小，那么可充分降低所使用的有机粘结剂的量。

表面层5和内部区域6中的有机粘结剂的量可以通过使用保持材料的加热重量损失作为有机粘结剂的量，使用下文相对于每个区域所描述的方法来测量。

无机胶体颗粒4和有机粘结剂3优选地通过基本上均匀地分散在保持材料10的内部区域6中来使用。换句话说，当观察保持材料10的厚度时，无机胶体颗粒4和有机粘结剂3在保持材料10的内部区域6的厚度方向上优选地是基本上均匀地分散的。

接下来，将描述形成保持材料10的片材1、有机粘结剂3和无机胶体颗粒4。

片材1包括纤维材料，优选地无机纤维。用于形成片材1的优选无机纤维可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、碳纤维、碳化硅纤维和硼纤维，但如有必要，也可使用其它无机纤维。无机纤维可以是单独使用的单一类型，或者可以是组合使用的两种或更多种类型，并且复合纤维也是可接受的。陶瓷纤维诸如氧化铝纤维、二氧化硅纤维和氧化铝-二氧化硅纤维对于无机纤维是特别优选的。陶瓷纤维可以是单独使用的单一类型，或可以是组合使用的两种或更多种类型，并且复合纤维也是可接受的。此外，其它无机纤维可以用作陶瓷纤维或其它无机纤维的添加剂。优选的添加剂的示例包括氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铬、氧化钇和氧化镧。添加剂通常以粉末或细颗粒的形式使用，并且单一类型可单独使用，或者两种或更多种类型可作为混合物使用。

形成片材1的无机纤维的厚度(平均直径)没有特定地限制，但平均直径为约2μm至7μm的纤维是合适的。如果无机纤维具有小于约2μm的平均直径，那么将存在脆性和强度不足的趋势，但相反地，平均直径大于约7μm的纤维将趋于难以形成保持材料。

此外，类似于厚度，无机纤维的长度也没有特定地限制。然而，无机纤维优选地具有约0.5mm至50mm的平均长度。如果无机纤维的平均长度小于约0.5mm，那么将难以实现使用这些纤维形成保持材料的效果等，但相反地，如果长度大于约50mm，那么操作特性将可能较差，并且因此保持材料的制造过程将不容易顺利地进行。

片材1可为主要由氧化铝纤维层的层合片材制成的氧化铝纤维片材。氧化铝纤维片材中的氧化铝纤维的平均长度优选地处于约20mm至200mm的范围内，并且该纤维的厚度(平均直径)优选地处于约1μm至40μm的范围内。此外，氧化铝纤维优选地具有莫来石组合物，其中Al₂O₃/SiO₂的重量比使得(Al₂O₃/SiO₂)＝约70/30至74/26。

可以通过使用线纺丝基体溶液制造上述氧化铝纤维片材，该溶液包含由氧化铝源(诸如氯氧化铝等)、二氧化硅源(诸如二氧化硅溶胶等)、有机粘结剂(诸如聚乙烯醇等)和水组成的混合物。换句话说，将纺丝氧化铝纤维前体层压以形成片材，然后通常在约1000℃至1300℃的高温下烘烤该片材，以制备上述片材。

该片材优选地为随后进行针刺的模制品。利用这种类型的片材，通过形成片材的无机纤维材料的缠结可确保单个片材的形状保持特性。

有机粘结剂附着到无机纤维，并且抑制纤维片的散射。有机粘结剂的合适示例包括天然或合成的聚合物材料(诸如丁二烯-苯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚醋酸乙烯酯树脂、丙烯酸类树脂和其它树脂材料)以及有机材料(诸如聚乙烯醇等)。丙烯酸类胶乳可优选地用作有机粘结剂。

存在许多不同类型的丙烯酸类胶乳，但是考虑到保留材料10的构造所需的特性和污染控制元件30所需的特性，优选地选择具有合适的玻璃化转变温度(Tg)的丙烯酸类胶乳。已知丙烯酸类胶乳正常具有处于-70℃至50℃的范围内的Tg，但是根据本实施方案，具有15℃或更低的Tg的丙烯酸类胶乳是优选的，但是具有1℃或更低或者具有-10℃或更低的Tg的胶乳也可使用。如果使用具有15℃或更低的Tg的丙烯酸类胶乳，那么在普通操作温度(25℃)下可向垫中的无机纤维展示出足够高的润湿性，并且因此纤维片的散射可得到有效地抑制，其中将污染控制元件30装配在壳体20中的操作在该普通操作温度下执行。

本实施方案中使用的有机粘结剂可以是任何丙烯酸类胶乳，只要其对保持材料10的特性没有不利影响，并且可以使用各种类型的丙烯酸类胶乳，如果需要，可商购获得的丙烯酸类胶乳可以原样使用，或者可以在任意改性以匹配将使用保持材料的环境之后使用。适当的丙烯酸类胶乳为通过将丙烯酸类树脂分散在水性介质或其它介质中而获得的胶态分散体。

如果与有机粘结剂3一起浸渍到片材1中，那么无机胶体颗粒4将以分散状态存在于内部区域6中。更具体地，在对保持材料10施加热之前，无机胶体颗粒4连同有机粘结剂将附着并存在于无机纤维的表面上和纤维交汇点处。随后，如果保持材料10暴露于高温条件下，使得有机粘结剂3将燃烧，那么无机胶体颗粒4的烧结将进行，并且已经附着到无机纤维的表面的无机胶体颗粒4将牢固地粘结到无机纤维并形成烧结体4a，因此认为无机纤维的表面粗糙度将增加，并且无机胶体颗粒将对抑制无机纤维的相互滑动起作用(参见图4)。另一方面，已经附着到无机纤维的交汇点的无机胶体颗粒4将形成烧结体4b，将粘结交汇点，并且据认为对维持无机纤维的三维形状起作用。由于无机胶体颗粒4的功能，保持材料10将不容易在厚度方向(图4中的箭头T的方向)上被压缩，并且因此认为可维持足够高的表面压力(参见图4)。此外，保持材料10的表面层5中的无机胶体颗粒4将有助于增加保持材料10的表面粗糙度，并且因此认为可维持高的静摩擦系数。需注意，图4是概念性示意图，用以辅助理解片材中的无机胶体颗粒4和无机纤维1a在有机粘结剂燃烧之后的结构示例。

无机胶体颗粒4可为可牢固地粘结到无机纤维1a的任何类型，并且优选的具体示例包括由金属氧化物、氮化物、碳化物和它们的化合材料制成的细小颗粒形成的胶体颗粒。这些细小颗粒可以是单独使用的单一类型，或可以是组合使用的两种或更多种类型。如果片材1是包含氧化铝纤维的片材，那么从与氧化铝纤维的粘结特性的角度来看，无机胶体颗粒4优选地由选自二氧化硅细小颗粒、氧化铝细小颗粒、二氧化钛细小颗粒和氧化锆细小颗粒的细小颗粒形成。

需注意，对于本实施方案，无机胶体颗粒的尺寸和形状没有限制，只要颗粒将附着到无机纤维，并且当保持材料用于污染控制装置中时，在有机粘结剂已燃烧之后，无机胶体颗粒将保留在片材中，但是从烧结特性的角度来看，无机胶体颗粒4的平均粒径优选地为1μm或更小，并且更优选地为500nm或更小。另一方面，从处理特性和采购的容易性来看，无机胶体颗粒4的平均粒径的下限值优选地为1nm，并且更优选地为4nm。需注意，平均粒径可使用BET方法作为代表性示例来测量。

本实施方案的保持材料10具有主要含有无机胶体颗粒4的表面层，并且因此可实现比常规材料高5％至10％的表面压力。例如，如果烘烤前的堆积密度设定为0.25g/cm³，那么表面压力可为90kPa或更高、100kPa或更高、或者110kPa或更高。然而，如果堆积密度设定为0.25g/cm³，那么表面压力超过400kPa的保持材料将有可能在污染控制装置中的最大堆积密度下压碎催化控制元件。此外，本实施方案的保持材料10具有主要含有无机胶体颗粒4的表面层，并且因此与常规材料相比，可实现更高的焙烧前的静摩擦系数，并且例如，可实现处于0.30或更高或者0.34或更高至1.00或更低的范围内的高值。

另外，保持材料10在焙烧后可维持高的表面压力，并且因此污染控制元件能够被牢固地保持在壳体中持续长时间段。焙烧后的保持材料的表面压力可通过例如以下方法来测量。保持材料被两个板压缩直到达到堆积密度为0.25g/cm³的垫压力，然后将一个板加热至900℃，而另一个板加热至650℃。接下来，在板已经分别达到900℃和650℃之后20小时测量表面压力，由此可实现焙烧后的表面压力。焙烧后的表面压力可为60kPa或更高、65kPa或更高、或者70kPa或更高的高表面压力。

此外，保持材料10即使在焙烧(600℃持续1小时)后也可维持高的静摩擦系数，并且因此污染控制元件能够被牢固地保持在壳体中持续长时间段。例如，接触壳体的表面的静摩擦系数可为0.30或更高、0.32或更高、或者0.35或更高。保持材料在焙烧后的静摩擦系数可维持在1.00或更低的范围内的高值。

接下来，描述保持材料10的制造方法。根据本实施方案的制造方法包括：(a)将含有无机胶体颗粒4和有机粘结剂3的第一液体浸渍到由无机纤维材料制成的片材1中的步骤；(b)干燥浸渍有第一液体的片材1的步骤；(c)以及通过用至少包含无机胶体颗粒4的第二液体涂覆片材1的表面来形成表面层5的步骤。利用上述制造方法，可实现保持材料10，其中有机粘结剂3和无机胶体颗粒4的两种组分将分散存在于基本上整个片材1中，并且无机胶体颗粒4将被涂覆到表面层5上。因此，利用该制造方法，可有效地制备表现出优异的表面压力和优异的静摩擦系数并且能够抑制纤维片的散射的保持材料10。

步骤(a)的第一溶液中的有机粘结剂3和无机胶体颗粒4可为如上所述。此外，也可使用分散有无机胶体颗粒4的胶体溶液。分散有无机胶体颗粒的胶体溶液(无机溶胶)的优选示例包括二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶、二氧化钛溶胶、氧化锆溶胶等。例如，二氧化硅溶胶可为商用Snowtex(注册商标，日产化工株式会社(Nissan Chemical Industries,Ltd.)的产品)等。使用胶体溶液是有利的，因为可容易地制备含有足够尺寸的无机胶体颗粒的均匀溶液。

浸渍方法没有特定地限制，只要该方法能够将无机胶体颗粒4和有机粘结剂3充分地附着到形成片材1的内部区域的无机纤维。例如，可将片材1浸入第一溶液中，或者可将该溶液涂覆到片材1的表面上，然后可通过从背部表面施加吸力将溶液浸渍到整个片材中，或者无机胶体颗粒4和有机粘结剂3可浸渍到片材1的内部区域中，并且可通过使用片材1执行过滤溶液的过程而附着到内部区域的无机纤维。

在步骤(a)中，优选地调节第一液体的组成，使得片材的定位成比表面层5更靠内侧的内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于内部区域的总质量计为1质量％至10质量％。如果内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于内部区域6的总质量计小于1质量％，那么将难以实现足够的表面压力。此外，如果内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于内部区域6的总质量计超过10质量％，那么保持材料10将太硬，并且因此保持材料10将不可能具有足够的柔韧性以缠绕在污染控制元件上。更优选地调节第一液体的组成或浸渍条件，使得内部区域6中的无机胶体颗粒4的量基于内部区域6的总质量计为2质量％至8质量％。

步骤(b)可以是能够干燥通过步骤(a)获得的片材1的步骤。例如，可以在设定为80℃至250℃的强制空气干燥器中将从步骤(a)获得的片材干燥达10分钟至180分钟。

步骤(c)的第二液体可以是至少含有无机胶体颗粒的溶液。需注意，也可使用与包含有机粘结剂3和无机胶体颗粒4的第一液体相同的液体。

涂覆方法没有特定地限制，并且可以是能够将第二液体基本上仅均匀地附着到片材1的表面区域的方法。涂覆方法的优选示例包括喷涂、辊涂、膜转印、帘式涂覆等。

此外，步骤(c)中的涂覆优选地通过将第二液体涂覆到片材1的两个表面上来执行。利用以这种方式获得的保持材料10，在两个表面上提供含有大量无机胶体颗粒4的表面层5，因此保持材料10的两个表面的静摩擦系数将增加，并且污染控制元件可更牢固地保持在壳体中。此外，通过用含有高浓度的无机胶体颗粒4和有机粘结剂3的表面层5覆盖保持材料10的两个表面，可进一步抑制纤维片的散射。

在步骤(c)中，优选地调节第二液体的组成和第二液体的涂覆量，使得通过涂覆形成的表面层5的无机胶体颗粒4的量在1g/m²至20g/m²的范围内。如果表面层中的无机胶体颗粒的量小于1g/m²，那么将难以实现将污染控制元件保持在壳体中所必需的静摩擦系数。另一方面，如果表面层中的无机胶体颗粒的量高于20g/m²，那么表面层5将是硬的，并且将容易发生表面层5的破裂和无机胶体颗粒4的脱落。表面层5中的无机胶体颗粒4的量更优选地为2g/m²至18g/m²，甚至更优选地为3g/m²至15g/m²，并且可调节第二液体的组成和第二液体的涂覆量以实现该范围。

利用本实施方案的制造方法，优选地调节第一液体和第二液体的组成以及第二液体的涂覆量，使得有机粘结剂3的量基于保持材料10的总质量计为3质量％或更小。以这种方式获得的保持材料10可抑制伴随有机粘结剂的燃烧的控制系统传感器故障的可能性，因为有机粘结剂的量将是低的。有机粘结剂3的量基于保持材料10的总质量计更优选地为2质量％或更小，甚至更优选地为1质量％或更小，并且可调节第一液体和第二液体的组成以及第二液体的涂覆量以实现该范围。

在执行步骤(a)至(c)之后，通过使片材脱水和/或干燥来获得本实施方案的保持材料。如有必要，可通过切割成期望的形状和尺寸来使用所获得的保持材料。

如图5所示，保持材料10用于将污染控制元件30保持在污染控制装置50中。污染控制元件30的一个具体示例为用于清洁来自发动机的废气的催化剂载体或过滤元件等。污染控制装置50的具体示例包括催化转化器或排气清洁装置(例如柴油机颗粒过滤装置)。

图5中示出的污染控制装置50具有壳体20、设置在壳体20中的污染控制元件30，以及设置在壳体20的内表面和污染控制元件30的外表面之间的保持材料10。污染控制装置50还具有气体进入口21和气体排放口22，在气体进入口21将废气引入到污染控制元件30，在气体排放口22排放已穿过污染控制元件30的废气。

从减少所使用的保持材料10的量和确保气密性的角度来看，壳体20的内表面和污染控制元件30的外表面之间的间隙的宽度优选地为约1.5mm至15mm。保持材料10优选地处于适当压缩条件以实现壳体20和污染控制元件30之间的合适的堆密度。通过使用保持材料10保持污染控制元件30，可在制造过程中充分地抑制无机纤维材料的散射，并且可在壳体20的内表面和污染控制元件30之间维持足够高的表面压力和静摩擦系数。此外，与常规构造相比，可将装配期间的堆密度设定得较低，因此可减少相对昂贵的无机纤维材料的使用量。

压缩和装配保持材料10的方法可以是翻盖法、填充法、止血带法等。

污染控制装置50可通过提供具有高表面压力和高静摩擦系数两者的保持材料10将污染控制元件30牢固地保持在壳体20中。

例如，如果催化转化器被构造为污染控制装置50，那么催化转化器优选地是具有整体形式的催化剂元件的催化转化器，或者换句话说是整体型催化转化器。该催化转化器由具有小通道和蜂窝横截面的催化剂元件制成，因此与常规的板式类型催化转化器相比，其尺寸将更小，与催化剂和废气的接触表面将得到充分保证，因此能够保持废气阻力为低的，并且因此能够更有效地执行废气的处理。催化转化器可以被有利地用于与各种类型的内燃机结合来处理废气。具体地，当在汽车诸如客车、公共汽车、卡车等的排气系统中实施具有这种构造的催化转化器时，可展示出优异的效果。

待由催化剂载体携带的催化剂通常是金属(诸如铂、钌、锇、铑、钇、镍、钯等)或金属氧化物(诸如五氧化二钒、二氧化钛等)，并且优选地使用涂层形式。需注意，污染控制装置可通过使用过滤元件代替催化剂载体而构造为柴油颗粒过滤器。

实施例

参考实施例来描述本发明。需注意，本发明并不以任何方式受这些实施例限制。

实施例1

浸渍步骤

通过将24g胶态二氧化硅(Snowtex OS，由日产化工株式会社(Nissan ChemicalIndustries,Ltd.)生产)和0.7g Nippol LX874(Tg：-31℃，由日本瑞翁有限公司(NipponZeon Co.,Ltd.)生产)添加到500mL水中并搅拌5分钟来制备包含无机胶体颗粒和有机粘结剂的第一液体。将针刺氧化铝纤维毯(由三菱树脂株式会社(Mitsubishi Plastics,Inc.)生产，Muftech MLS-2毯(产品名称))切割成14cm×49cm，通过喷涂来涂覆第一液体，然后在金属网上执行抽吸和脱水持续5秒。在以此方式将第一液体浸渍到毯中之后，使用温度设定为170℃的强制空气干燥器执行干燥持续30分钟。

表面涂覆步骤

通过将63g胶态二氧化硅(Snowtex OS)和10g Nippol LX874添加到65mL水中并搅拌1分钟来制备包含无机胶体颗粒和有机粘结剂的第二液体。将第二液体施加到已经用第一液体浸渍的毯的上表面和下表面，并通过将总计为每个毯7g/m²的量喷涂到该毯的两个表面上来干燥，使得胶态二氧化硅的量分别为3.5g/m²。将施加有第二液体的毯在温度设定为170℃的强制空气干燥器中干燥5分钟，从而制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.7质量％。

实施例2

类似于实施例1制备保持材料，除了将第二液体的量通过将总计为每个毯14g/m²的量喷涂到已经用第一液体浸渍的毯的上表面和下表面上而施加到两个表面并且然后干燥，使得胶态二氧化硅的量为7.0g/m²。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.8质量％。

实施例3

类似于工作实施例1制备保持材料，除了将第二液体通过将总计为每个毯28g/m²的量喷涂到已经用第一液体浸渍的毯的上表面和下表面上而施加到两个表面并且然后干燥，使得胶态二氧化硅的量为14g/m²。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.8质量％。

实施例4

通过将36g胶态氧化铝(氧化铝溶胶，日产化工株式会社的产品)和0.7g NippolLX874添加到500mL水中并搅拌5分钟来制备包含无机胶体颗粒和有机粘结剂的第一液体。除了使用该第一液体之外，类似于工作实施例2制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.8质量％。

比较例1

通过将0.7g Nippol LX874添加到500mL水中并搅拌5分钟来制备第一液体。将针刺氧化铝纤维毯切割成14cm×49cm，通过喷涂来施加第一液体，然后在金属网上执行抽吸和脱水持续5秒。通过以这种方式将第一液体浸渍到毯中，并使用温度设定为170℃的强制空气干燥器干燥30分钟来制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.4质量％。

比较例2

通过对比较例1的保持材料执行与实施例1的<表面涂覆步骤>相同的方法来制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.8质量％。

比较例3

通过仅执行实施例1的<浸渍步骤>来制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.4质量％。

比较例4

通过将95g胶态二氧化硅(Snowtex OS，日产化工株式会社的产品)和0.7g NippolLX874添加到430mL水中并搅拌5分钟来制备包含无机胶体颗粒和有机粘结剂的第一液体。除了使用该第一液体之外，类似于实施例1制备保持材料。保持材料中的有机粘结剂的量基于保持材料的总质量计为0.7质量％。

测量整个保持材料中的有机粘结剂的量。

将从每个保持材料切割的25mm×25mm样品在烘箱中于110℃下干燥1小时，然后测量包含有机粘结剂的样品的质量(W0)。接下来，将样品在加热炉中于900℃下加热1小时，并测量有机粘结剂燃烧之后的质量(W1)。使用下述公式计算对应于整个保持材料中的有机粘结剂的含量的加热重量损失(LOIt)。

加热损失(LOIt)(质量％)＝(W0-W1)/W0×100

测量内部区域和表面层中的有机粘结剂和无机胶体颗粒的量。

首先，在浸渍之前从无机纤维片材切割50mm×50mm样品，并测量重量(Wm0)。接下来，将在每个实施例和比较例的条件下用含有有机粘结剂和无机胶体颗粒的溶液浸渍的无机纤维片材在烘箱中于110℃下干燥1小时，然后测量无机纤维片材的重量(Wm1)。接下来，将样品在加热炉中于900℃下加热1小时，并测量有机粘结剂燃烧之后的质量(Wm2)。

接下来，从在每个实施例和比较例的条件下已经通过浸渍步骤(在浸渍和干燥之后)的无机纤维片材切割新的50mm×50mm样品，然后测量重量(Wm3)。接下来，在每个实施例和比较例的条件下，将含有有机粘结剂和无机胶体颗粒的溶液喷涂到一个侧表面上，在烘箱中于110℃下执行干燥1小时，然后测量重量(Wm4)。接下来，将样品在加热炉中于900℃下加热1小时，并测量有机粘结剂燃烧之后的质量(Wm5)。

使用下述公式计算对应于内部区域中的有机粘结剂的含量的加热重量损失(LOIm)。

加热损失(LOIm)(质量％)＝(Wm1-Wm2)/Wm4×Wm3/Wm1×100无机胶体颗粒的量(ICm)(质量％)＝(Wm2-Wm0)/Wm4×Wm3/Wm1×100

使用下述公式计算对应于表面层中的有机粘结剂的含量的加热重量损失(LOIs)。

加热损失(LOIs)(质量％)＝(Wm4-Wm5)/Wm4×100-LOIm

无机胶体颗粒的量(ICs)(质量％)＝(Wm5-Wm3)/Wm4×100+LOIm

每单位面积的无机胶体颗粒的量可根据无机纤维片材的每单位面积的重量和样品尺寸来计算。

测量环境温度下保持材料的表面压力。

(1)使用切割模具由以类似于实施例1的方式制备的保持材料(尺寸：250mm×250mm)来制备圆形测试片(直径：45mm)，并且测量其质量。

(2)根据质量的测量值来计算堆积密度将为0.25g/cm³的垫厚度。

(3)将测试片放置在压缩测试器(由岛津公司(Shimadzu Corporation)制造的“Autograph AG-I”型号)的压缩板的中心上，并且以20mm/分钟的速率压缩，直至实现由上述计算所确定的预定垫厚度。将峰值处的压力用作表面压力(kPa)。

测量焙烧前保持材料的静摩擦系数。

使用Autograph AGS100D(注册商标，岛津公司)通过以下程序测量不锈钢(SS)板和保持材料之间的静摩擦系数。

将每种保持材料切割成50mm正方形，从而制造样品片。如图6所示，通过使用双面胶带将样品片11的表面附着到不锈钢(SS)板66上来固定样品片11，样品片11的表面在待测量静摩擦系数的表面12的相对侧上。

将长度为约1m的SS帘线63的一端附连到SS板66上，并且另一端通过滑轮块65附连到负荷传感器64。此时，滑轮块65布置在负荷传感器64的正下方，并且当负荷传感器64被提升时，附连到样品片11的SS板66平行于地面运动。

接下来，将样品片11放置在SS板61上的适当位置，使得SS帘线63垂直于滑轮块65的中心轴线，并平行于地面。将SS板61在板表面上进行2B处理(冷轧过程)以便能够用于代替壳体，并且对表面进行机械加工以实现0.2μm至0.5μm的表面粗糙度Ra。此外，调节负荷传感器64的高度，使得样品片11定位于离滑轮组65最大距离处。

将12kg负荷67放置在SS板66上。接下来，使负荷传感器64升高，并且以100mm/分钟的拉伸速度沿箭头的方向拉动SS帘线63。将紧接在样品片11开始从SS板61的表面滑动之前测量的负荷记录为静摩擦力(N)。通过将静摩擦力除以施加到包括SS板66的样品片11的负载(N)来计算静摩擦系数。

测量焙烧后保持材料的静摩擦系数。

从每个保持材料切割50mm的正方形以产生样品片。将样品片在设定为600℃的电加热炉中焙烧1小时。接下来，除了使用已经冷却至环境温度的样品片之外，通过在<测量焙烧前的保持材料的静摩擦系数>中描述的方法来测量静摩擦系数。

测量载体拉出力

将每种保持材料切成75mm宽和350mm长的片，然后缠绕在具有115mm长和105mm外径的圆柱形催化剂载体(注册商标“HONEYCERAM”，由NGK有限公司(NGK Ltd.)生产)的外周长上。使用导锥将样品以40mm/秒的速率压力配合到长度为150mm且内径为114mm的圆柱形不锈钢壳体中。在压力配合之后二十四小时，以40mm/秒的速率从不锈钢壳体中拉出催化剂载体，并且根据此时的最大负荷(N)来计算保持材料的每单位面积的载体拉出力(N/cm²)。需注意，比较例4提供了硬的保持材料，并且缠绕在催化剂载体上是困难的，因为内部区域中的无机胶体颗粒的量较高，因此不能测量该保持材料的载体拉出力。

结果示出于表1中。

表1

测量焙烧后保持材料的表面压力

(1)使用切割模具由以类似于实施例1的方式制备的保持材料来制备圆形测试片(直径：45mm)，并且测量其质量。

(2)根据质量的测量值来计算堆积密度将为0.25g/cm³的垫厚度(不包括焙烧损失的组分，诸如有机组分等)。

(3)将测试片夹在压缩测试器(由岛津公司生产的“Autograph AG-I”型号)的两个板之间，并且以20mm/分钟的速率压缩，直至实现由上述计算所确定的预定垫厚度。

(4)在将测试片压缩的状态下，将两个板中的一个加热至900℃，并且将另一个加热至650℃。为了观察表面压力随时间的变化，从两个板分别达到900℃和650℃的时刻(测试开始时间)起每30分钟测量表面压力20小时。结果示出于表2和图7中。需注意，表面压力的变化可通过下述公式模拟，并且10年之后的表面压力可由该近似式计算。

Y＝aX^b

在该式中，X表示时间(小时)；Y表示表面压力(kPa)；并且a和b是系数。

由以类似于比较例1的方式制备的保持材料来制备测试片，并且除了将该测试片用于测量之外，如上所述测量表面压力。结果示出于表2和图7中。

表2