取付け用マットおよびそれを使用した汚染制御機器
生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、および膨張性材料、および任意成分のバインダー構成成分を含む汚染制御機器のための取付け材料が開示されている。その材料の製造方法および使用方法もまた開示されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染制御機器において使用するのに好適な材料、特に、汚染制御要素を汚染制御機器の中に取付けるためのマット、さらに詳しくは、そのような材料を含む汚染制御機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染制御機器は、大気汚染を低減させるために、自動車に使用される。そのような汚染制御機器には、ハウジングの中に取付けられた１種または複数の汚染制御要素が含まれる。現在のところ、二つのタイプの機器、すなわち触媒コンバーターおよびディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップが広く使用されている。触媒コンバーターには１種または複数の触媒が使用され、それらは典型的には、モノリシック構造の基材の上にコーティングされている。そのモノリシック構造は典型的にはセラミックであるが、金属製のモノリスも使用されてきた。その（１種または複数の）触媒が、排気ガス中の一酸化炭素および炭化水素を酸化させるか、窒素の酸化物を還元させるか、またはそれらの両方を行う。ディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップには典型的には、多孔質の結晶質セラミック材料から製造されたハニカム化モノリシック構造の形態の、ウォールフローフィルター要素が含まれている。最新の構成のそれらの汚染制御機器では、それぞれのタイプのモノリシック構造が一つのハウジングの中に組み入れられている。
【０００３】
典型的なモノリシック汚染制御要素は一般に、比較的薄い壁面を有して、大量の表面積が得られるようになっている。そのため、その構造は比較的脆く、破損しやすい。セラミック材料から形成された典型的なモノリシック汚染制御要素は、その中にその要素が組み入れられている金属（通常はステンレス鋼）製のハウジングまたは缶よりも、１桁低い熱膨張率を有していることが多い。典型的には、膨張性または非膨張性マットのような保護パッキンまたは取付け材料が、セラミック製のモノリスと金属製のハウジングとの間に充填されていて、たとえば道路からのショックや振動が原因のモノリスの損傷を防ぎ、熱膨張の差を補償し、排気ガスがモノリスと金属ハウジングとの間を通過することを防いでいる。そのような取付け材料を配置または挿入するプロセスは「キャンニング（ｃａｎｎｉｎｇ）」と呼ばれていて、それには、モノリスと金属ハウジングとの隙間にペーストを注入したり、モノリスの周りをシート材料（すなわち、取付け用マット）でくるみ、そのくるんだモノリスをハウジングの中に挿入したりするプロセスが含まれる。
【０００４】
従来からの取付け材料を形成するために使用される組成物としては、高温耐久性、良好な取扱性、弾力性、屈曲性、強度などの性質を与えることが可能な耐火性セラミック繊維が含まれていた。高温で体積が膨張する、膨張性材料もまた使用されてきた。そのような膨張は、高温における使用時に、モノリスを所定の位置に保持するのに役立つ。汚染制御機器のハウジングの中に汚染制御要素を取付けるために使用されてきた材料は、たとえば以下の特許に記載されている：独国特許出願公開第１９８５８０２５号明細書（アスグラオ（Ａｓｇｌａｗｏ））；ならびに米国特許第３，９１６，０５７号明細書（ハッチ（Ｈａｔｃｈ）ら）；米国特許第４，３０５，９９２号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；米国特許第４，３８５，１３５号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；米国特許第５，２５４，４１０号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；および米国特許第５，２４２，８７１号明細書（ハシモト（Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ）ら）。
【０００５】
比較的に細い耐火性セラミック繊維、すなわち直径が約５〜６マイクロメートル未満の繊維が、マット組成物の重要な構成成分となっていた。しかしながら、細い繊維は場合によっては、問題を引き起こす可能性がある。細い繊維は、呼吸で吸い込まれる可能性があるとみなされ、通常は、生理学的流体、特に肺流体において耐久性がある。そのため、耐久性があり、呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性繊維を使用せずにすむ取付け用マット組成物が望まれている。しかしながら、この構成成分を使用せずに受容可能な取付け用マットを製造するということは、大きな工学的課題であった。
【０００６】
生理学的流体中で非耐久性である繊維については、たとえば、米国特許第５，８７４，３７５号明細書およびその中に記載された引用文献なども含め、多くの文献が記述されてきた。そのような繊維を吸入したときには、それらが体液中で分解する。残念なことに、それ自体可溶性の無機繊維は、耐火性繊維の実用的な代替物とはならない。このように代替となることが不能であるということは、可溶性の無機繊維という難題にその原因が求められる。そのような繊維は、典型的な触媒コンバーターの中で発生する極端な高温にさらされると、過度の収縮を示す傾向がある。マットが収縮すると、脆い触媒コンバーター要素をそのハウジングの中で緩く保持していることになり、その結果、モノリス、ひいてはその汚染制御機器に損傷を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのような取付け用マット組成物の改良が、引き続き求められている。本発明はそのように改良された組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
公知のいくつかの取付け材料は、比較的に高い操作温度（すなわち、約７００℃〜約９５０℃）においてのみ、所望の取付け性能を示すということが見出された。それと同じ取付け材料は、比較的中間の操作温度（すなわち、約４００℃〜約６００℃）および／または比較的低い操作温度（すなわち、約４００℃未満）では、望んでいる程の取付け性能は示さない。本発明の発明者らは、そのような比較的高い操作温度だけでなく、比較的中間の操作温度、および／または比較的低い操作温度においても、所望の取付け性能を示すことが可能である、互いに働いて相乗的な効果のある取付け材料の組合せを見出した。したがって、本発明は、より汎用性のある取付け材料のためのニーズに応えるものである。本発明はさらに、呼吸で吸い込まれる可能性があり、非分解性の耐火性繊維を使用せずにすむ、取付け材料のニーズにも応えることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様においては、たとえば、汚染制御機器の中に汚染制御要素を取付けるための取付け材料として使用することが可能な組成物が提供される。具体的には、それらの組成物には、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、および膨張性材料が含まれる。いくつかの実施態様においては、その組成物にはさらに有機バインダーが含まれていてもよい。そのような組成物は、シート材料の形態、またはペーストもしくはスラリーの形態で提供することができる。それらの材料は、たとえば、汚染制御機器の末端のコーン状領域の一方または両方に位置させる断熱材料としても有用となりうるであろう。
【００１０】
本発明のまた別な態様においては、そのような組成物を使用して製造された取付け用マットが提供される。
【００１１】
本発明のさらに別な態様においては、ハウジング、そのハウジングの中に配された汚染制御要素、およびそのような組成物を含む汚染制御機器が提供される。その組成物は、ハウジングの少なくとも一部と汚染制御要素との間の隙間に配される取付け材料として使用することが可能である。取付け材料は典型的には、ペーストまたはシート材料の形態であるが、それには、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および場合によっては有機バインダーが含まれる。取付け材料は、脆い汚染制御要素をたとえば道路からのショックや振動が原因の損傷から防ぐこと、汚染制御要素とハウジングとの間の熱膨張の差を補償すること、排気ガスがその汚染制御要素をバイパスするのを防ぐこと、あるいはそれらを組合せて実施することが可能である。その組成物はさらに、汚染制御機器における（たとえば、末端コーン領域における）断熱材料としても有用である。
【００１２】
本発明のさらなる態様においては、汚染制御要素、ハウジングおよび取付け材料を含む汚染制御機器を製造するための方法が提供される。その方法には以下の工程が含まれる：生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および任意成分の有機バインダーを含む取付け材料を調製する工程；ハウジングの中に汚染制御要素を置く工程；および、取付け材料を、ハウジングの少なくとも一部と汚染制御要素との間に位置させる工程。その取付け材料は、シート材料の形態であってもペーストの形態であってもよい。
【００１３】
上述の本発明についての概要は、本発明の開示実施態様の各々や、すべての実施を記述しようとしたものではない。図面および以下に記述する詳細な説明により、本発明のある種の実施態様が明らかとなるであろう。
【００１４】
以下において、添付の図面と関連づけて、本発明の各種の実施態様の詳細な説明を読むことによって、本発明がより完全に理解されるであろう。
【００１５】
本発明は、各種の修正および変更した形態とすることが容易であるので、その特性を図面に例示し、詳細に説明する。しかしながらこれらは、記述された特定の実施態様に本発明を限定しようと意図するものではないことは理解されたい。それとは逆に、本発明の趣旨と範囲に包含される、各種の修正、等価物、および代替物をすべて網羅することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の原理の理解を深める目的で、本発明の具体的な実施態様を以下に記述し、具体的な用語を用いて具体的な実施態様を記述する。しかしながら、具体的な用語を用いたからといって、本発明の範囲を限定しようとする意図があるわけではないということは理解されたい。変更、さらなる修正、および説明された本発明の原理のさらなる応用は、本発明が関わる当業者ならば当然に考えつくであろうと思われる。
【００１７】
本発明は、汚染制御機器における取付け材料として使用することが可能な組成物を目的としている。具体的には、その組成物には、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および１種または複数の任意成分としてのバインダーが含まれる。その組成物は、たとえばペーストの形態であってもよいが、シート材料の形態であるのが好ましい。
【００１８】
その取付け材料組成物は、たとえば、汚染制御要素の脆いモノリス構造と汚染制御機器のハウジングとの間に使用することができる。すなわち、その組成物は、汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの隙間に配することができる。その組成物は、たとえばペーストまたはシート材料の形態であってよい。一つの実施態様においては、シート材料が取付け用マットの形態であって、それで、汚染制御要素の少なくとも一部の周りを包み込む。その包み込まれた汚染制御要素を、汚染制御機器のハウジングの中に置く。また別な実施態様においては、その組成物がペーストの形態である。そのようなペーストは、汚染制御機器の中の、汚染制御要素の少なくとも一部とハウジングとの間の隙間に、注入するかまたはその他の方法で挿入してもよい。たとえば、ペーストを予備成形（たとえば、型成形）して所望の隙間の形状としてから、それを隙間に挿入してもよい。
【００１９】
本発明の組成物はさらに、汚染制御機器の中で断熱材料として使用することも可能である。たとえば、その組成物を、汚染制御機器の入口または出口領域（すなわち、末端コーン領域）に位置させてもよい。たとえば、入口および／または出口領域はそれぞれ、内側末端コーンハウジングと、外側末端コーンハウジングによって画定され、本発明の組成物をその内側と外側の末端コーンハウジングの間に配置する。その組成物を、使用時に遭遇する高温から、排気系の残りの部分さらにはエンジンを断熱するのにも使用してよい。たとえば、排気パイプの一つまたは複数の部分を二重壁構成（すなわち、内壁および外壁）として、本発明の組成物をその二つの壁の間に配する。
【００２０】
組成物がシート材料の形態の場合には、そのシート材料を切断するかまたは他の方法で形を整えて、所望の、汚染制御機器のための取付け用マットまたは断熱成分（たとえば、末端コーン）を形成させることができる。別な方法として、その組成物を成形することにより、所望の中間形状または最終形状としてもよい。たとえば、本発明の組成物を成形して所望の最終寸法を有するフラットなシート材料とし、次いでそれを所望の最終形状に変形させてもよい。たとえば、成形したフラットな取付け用マットで汚染制御要素の周りを包み込んでから、それを汚染制御機器の中に取り付けてもよい。さらに、成形したフラットな末端コーン断熱シートで内側の末端コーンハウジングを包み込んでから、それを外側末端コーンハウジングの中に配置してもよい。
【００２１】
図１に、触媒コンバーター１０の形態とした、汚染制御機器の一例を示す。触媒コンバーター１０には一般に、触媒コンバーター要素２０を囲んでいるハウジング１１が含まれる。そのハウジング１１には入口１２と出口１３があり、それを通して、触媒コンバーター１０に排気ガスの流れがそれぞれ、流入および流出する。ハウジング１１は、缶またはケーシングとも呼ばれるが、当業者には公知の、そのような用途に適した材料から作ることができる。典型的にはハウジング１１には、１種または複数の金属、金属合金および／または金属間化合物組成物（以後、まとめて「金属」と呼ぶ）が含まれる。たとえば、ハウジング１１をステンレス鋼とすることができる。
【００２２】
モノリスと呼ばれることもある、適切な触媒コンバーター要素は当業者には公知であって、金属、金属酸化物、セラミック、またはその他の材料から作られたものが含まれる。多くの製造業者から、各種のセラミック触媒コンバーター要素が市販されている。たとえば、ハニカムセラミック触媒コンバーター要素がコーニング・インコーポレーテッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）により商品名「セルコール（ＣＥＬＣＯＲ）」として上市されているし、他のものとしては、エヌ・ジー・ケー・インシュレーテッド・リミテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ．）により商品名「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」として上市されている。金属触媒コンバーター要素は、ドイツ国ローマル（Ｌｏｈｍａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）のエミテック・ＧｍｂＨ・アンド・カンパニー（Ｅｍｉｔｅｃ ＧｍｂＨ ａｎｄ Ｃｏ．）から市販されている。
【００２３】
慣用される実施方法に従えば、触媒コンバーター要素２０の上に１種または複数の触媒材料をコーティングすることができる。触媒コンバーター要素２０において使用される触媒は、典型的には、１種または複数の金属（たとえば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、および白金）および／または金属酸化物（たとえば、五酸化バナジウムおよび二酸化チタン）である。最も一般的には、それらの触媒は、排気ガスの汚染物質、たとえば一酸化炭素および炭化水素を酸化するか、またはその他の方法で除去する働きをする。そのような触媒はさらに、エンジン排気ガス中の窒素の酸化物の量を減少させる役目を果たすことも可能である。
【００２４】
大きな表面積を得るために、触媒コンバーター要素２０の実施態様には、極めて薄い壁を有している。その壁が薄いことが、触媒コンバーター要素２０が脆くなって、壊れやすい原因となっている。さらに、いくつかの実施態様においては、触媒コンバーター要素２０の熱膨張率がハウジング１１の熱膨張率よりも、約１桁小さいということもあり得る。ハウジング１１が金属（通常はステンレス鋼）であり、要素２０がセラミックであるような場合には、特にこのことが起きる。熱的な性質に差があることによって、温度の変化に伴って触媒コンバーター要素２０が破損を受ける危険性にさらされる。ハウジング１１と要素２０との間に配された、取付け用マットまたはシート材料３０が、たとえば道路からのショックおよび振動および／または熱膨張差から要素２０を保護するのに役立つ。取付け用マットまたはシート材料３０はさらに、排気ガスが要素２０と金属ハウジング１１の間を通り抜けるのを防ぐ役割も果たす。
【００２５】
図２に、ディーゼル排気微粒子フィルター４０の形態の汚染制御機器の代表例を示す。ディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップ４０は、束になった管または通路を有するモノリシック構造を有するハニカム化フィルター要素４２を含む、壁面流動フィルターである。そのようなディーゼル排気微粒子フィルター要素は、多くの製造業者、たとえばニューヨーク州カミング（Ｃｏｍｉｎｇ，ＮＹ）のカミング・インコーポレーテッド（Ｃｏｍｉｎｇ Ｉｎｃ．）および日本国名古屋のエヌ・ジー・ケー・インシュレーター・リミテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｌｔｄ．）から市販されている。有用なディーゼル排気微粒子フィルター要素については、「セルラー・セラミック・ディーゼル・パーティキュレート・フィルター（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」（ハウイット（Ｈｏｗｉｔｔ）ら、ペーパーＮｏ．８１０１１４、エス・エー・イー・テクニカル・ペーパー・シリーズ（ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ）、１９８１年））に報告がある。
【００２６】
ディーゼル排気微粒子フィルター４０の上に搭載したフィルター構造４２の上に、触媒をコーティングしてもよい。ディーゼル排気微粒子フィルター４０には、入口４６および出口４８を有するハウジング４４が含まれる。ハウジング４４が、微粒子フィルター要素４２（モノリスまたはモノリシック構造とも呼ばれる）を囲んでいる。取付け用マットまたはシート材料５０が、フィルター要素４２と金属ハウジング４４との間に配されていて、図１の取付けシート３０と同様の効果をもたらしている。
【００２７】
比較的小さな耐火性セラミック繊維、すなわち、平均直径が約５〜６マイクロメートル未満で長さが約５マイクロメートルを超えるものが、汚染制御機器のための公知の取付け用マット組成物の重要な構成成分となっていた。しかしながら、このサイズ範囲の繊維は、呼吸で吸い込まれる可能性があり、多くの場合、生理学的流体、特に肺の流体中で耐久性がある。したがって、耐久性があり呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性セラミック繊維ではない、取付け材料組成物が望まれている。しかしながら、耐久性があり呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性セラミック繊維を用いることなく、たとえば汚染制御機器のための取付けマットのような、受容可能なシート材料を製造することは、大きな工学的課題であった。さらに、セラミック繊維組成物単独では、良好な耐高温性は有してはいるものの、適切な弾力性を有することができず、また、それ未満では膨張性構成成分によって充分な保持力が発生するような温度において、受容可能な耐久性を与えることが困難である。
【００２８】
本明細書で使用するとき、「繊維」という用語は、その幅または直径よりも大きな長さを有する材料を指す。いくつかの実施態様においては、その長さは、その幅または直径の少なくとも１０倍、少なくとも１００倍、または少なくとも１０００倍である。
【００２９】
本明細書で使用するとき、「呼吸で吸い込まれる可能性がある（ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」という用語は、動物によってその動物の肺にまで吸引されることが可能な繊維を指す。典型的には、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維は、約５マイクロメートル未満の平均直径を有する。いくつかの実施態様においては、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維は、約３マイクロメートル未満の平均直径を有する。逆に、本明細書で使用するとき、「呼吸で吸い込まれる可能性がない（ｎｏｎ−ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」という用語は、動物によってその動物の肺にまで吸引されることが不可能な繊維を指す。典型的には、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維は、少なくとも約３マイクロメートルの平均直径を有する。いくつかの実施態様においては、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維は、少なくとも約５マイクロメートルの平均直径を有する。
【００３０】
Ｉ．組成物
本発明の組成物には複数の構成成分が含まれていて、得られる製品に所望の特性を与えている。さらに、本発明の組成物は構造的な形状を有していて、それが、得られる製品に所望の特性をさらに与えている。組成物の構成成分および構造的な形状について、以下に説明する。
【００３１】
Ａ．組成物の構成成分
本発明の組成物には、膨張性材料、生体溶解性繊維、加熱処理シリカ繊維が含まれ、さらに、１種または複数の任意成分としての繊維、バインダーおよびその他の添加物が含まれていてもよい。それぞれのタイプの構成成分について、以下に説明する。
【００３２】
１．膨張性材料
本発明の組成物には、１種または複数の膨張性材料が含まれる。１種または複数の膨張性材料を含む組成物は、加熱されると膨張することができ、取付け材料として用いた場合、典型的には、汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの間に充分な圧力を与えて、支持的で保護的なシールを形成することができる。いくつかの実施態様においては、そのような組成物は弾性的に圧縮可能な状態にとどまっていて、物理的ショックに対して、その汚染制御要素にとってクッションの役目を果たすことができる。
【００３３】
好適な膨張性材料としては以下のものが挙げられる：未膨張のバーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、水膨潤性合成テトラケイ酸フッ素（ｔｅｔｒａｓｉｌｉｃｉｃ ｆｌｕｏｒｉｎｅ）タイプの雲母（米国特許第３，００１，５７１号明細書（ハッチ（Ｈａｔｃｈ））に記載）、ケイ酸アルカリ金属顆粒（たとえば、米国特許第４，５２１，３３３号明細書（グラハム（Ｇｒａｈａｍ）ら）に記載されているようなもの）、膨張性グラファイト、それらの組合せなど。その他好適な膨張性材料としては、たとえばスリー・エム（３Ｍ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から商品名「エクスパントロール（ＥＸＰＡＮＴＲＯＬ）４ＢＷ」として販売されている顆粒が挙げられる。それらの膨張性材料のいくつかは、約２００℃または約３００℃超の温度に加熱した場合、厚み方向に１０パーセントを超える自由膨張を示すことができる。さらに、それらの膨張性材料のいくつかは、加熱した場合に、約５０パーセントを超える自由膨張を示すことができる。
【００３４】
本発明において使用される膨張性材料は、約３００マイクロメートル（μｍ）を超える平均粒径を有しているのが好ましい。いくつかの実施態様においては、膨張性材料の一部が、３００μｍ未満ではあるが１５０μｍを超える粒径を有していてもよい（すなわち、それらの粒子は１００メッシュのスクリーンを通過しない）。典型的には、膨張性材料は、約３００μｍより大きく約２０００μｍまでの範囲の平均粒径を有している。一つの望ましい実施態様においては、本発明において使用される膨張性材料が、約３００μｍより大きく約８００μｍまでの範囲の平均粒径を有している。
【００３５】
組成物中に含まれる膨張性材料の量は、広い範囲で変化させることができる。典型的には、膨張性材料は組成物中に、組成物の全乾燥重量を基準にして、約８０ｗｔ％（ｐｂｗ）まで（または、約７０、６０、５０、４０、３０、２０、もしくは１０ｐｂｗまで）の量で存在させる。一つの例示的な実施態様においては、組成物に、その組成物の全乾燥重量を基準にして０超〜約８０ｐｂｗまで、約１０〜約７０ｐｂｗ、約２５〜約６０ｐｂｗ、または約３５〜約５０ｐｂｗの１種または複数の膨張性材料が含まれる。
【００３６】
２．繊維
本発明の組成物には、以下において説明するような１種または複数のタイプの繊維が含まれる。
【００３７】
ａ．生体溶解性繊維
本発明の組成物には生体溶解性繊維が含まれる。本明細書で使用するとき、「生体溶解性繊維（ｂｉｏｓｏｌｕｂｌｅ ｆｉｂｅｒ）」という用語は、生理学的媒体または模擬的な生理学的媒体の中で分解すること可能な繊維を指す。生理学的媒体としては、典型的には気道、たとえば動物またはヒトの肺に見出される体液のようなものが挙げられるが、これに限定される訳ではない。本明細書で使用するとき、「耐久性がある（ｄｕｒａｂｌｅ）」という用語は、生体溶解性ではない繊維を指す。
【００３８】
生体溶解性は、繊維を試験動物に直接植え込んで観察するか、あるいは、繊維に暴露されたことがある動物またはヒトを検査することによって、評価することができる。生体溶解性はさらに、模擬的な生理学的媒体たとえば生理食塩液、緩衝生理食塩液などの中で、時間の関数として繊維の溶解性を測定することによっても評価することができる。溶解性を測定するそのような方法の一つが、米国特許第５，８７４，３７５号明細書（ゾイタス（Ｚｏｉｔａｓ）ら）に記載されている。
【００３９】
典型的には、生体溶解性繊維は、約１年以内に生理学的媒体の中に溶解するか、実質的に溶解する。本明細書で使用するとき、「実質的に溶解する」という用語は、少なくとも約７５ｗｔ％が溶解する繊維を指す。いくつかの実施態様においては、約６ヶ月以内に、繊維の少なくとも約５０％が生理学的媒体の中に溶解する。また別な実施態様においては、約３ヶ月以内に、繊維の少なくとも約５０％が生理学的流体の中に溶解する。さらにまた別な実施態様においては、少なくとも約４０日以内に、生体溶解性繊維の少なくとも約５０％が生理学的流体の中に溶解する。たとえば、繊維は、ラットにおいて、気管内に点滴注入した後に、高温断熱繊維の生体残留性（ｂｉｏｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ）試験に合格するかどうか（すなわち、その繊維の半減期が４０日未満である）のフラウンホーファー・インスティチュート（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ）によって証明することができる。
【００４０】
繊維の生体溶解性を評価するためのさらに別なアプローチ方法としては、繊維の組成を基準としたものがある。たとえば、ドイツ国では、発ガン性指数（ｃａｒｃｉｎｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ、ＫＩ値（ＫＩ ｖａｌｕｅ））を基準にして、呼吸で吸い込まれる可能性がある無機酸化物繊維を分類している。ＫＩ値は、無機酸化物繊維の中のアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物のｗｔ％を合計したものから、酸化アルミニウムのｗｔ％を２倍したものを引き算することにより計算する。生体溶解性である無機繊維は、典型的には、約４０以上のＫＩ値を有している。
【００４１】
本発明の一つの望ましい実施態様においては、生体溶解性繊維には生体溶解性無機繊維が含まれる。本発明において使用するのに適した生体溶解性無機繊維には、典型的には、シリカと併せて、無機酸化物たとえば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ、またはそれらの組合せが含まれるが、これらに限定される訳ではない。生体溶解性無機繊維の中にはその他の金属酸化物やその他のセラミック構成成分が含まれていてもよいが、ただし、それらの構成成分自体は所望の溶解性は有していないが、存在量が充分に低く、そのため繊維が全体として、生理学的媒体の中で依然として分解可能であるという条件下においてである。そのような金属酸化物としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｂ2Ｏ3、および酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機繊維にはさらに、その繊維が生理学的媒体または模擬的な生理学的媒体の中で分解可能であるというレベルで、金属構成成分が含まれていてもよい。
【００４２】
一つの実施態様においては、生体溶解性無機繊維には、シリカ、マグネシウム、およびカルシウムの酸化物が含まれる。これらのタイプの繊維は、典型的にはケイ酸マグネシウムカルシウム繊維と呼ばれる。ケイ酸マグネシウムカルシウム繊維には通常、約１０ｗｔ％未満の酸化アルミニウムが含まれる。いくつかの実施態様においては、その繊維には、約４５〜約９０ｗｔ％のＳｉＯ2、約４５ｗｔ％までのＣａＯ、約３５ｗｔ％までのＭｇＯ、および約１０ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれる。たとえば、その繊維には、約５５〜約７５ｗｔ％のＳｉＯ2、約２５〜約４５ｗｔ％のＣａＯ、約１〜約１０ｗｔ％のＭｇＯ、および約５ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれていてもよい。
【００４３】
さらなる実施態様においては、その生体溶解性無機繊維にシリカおよびマグネシアの酸化物が含まれる。これらのタイプの繊維は、典型的にはケイ酸マグネシウム繊維と呼ばれる。そのケイ酸マグネシウム繊維には通常、約６０〜約９０ｗｔ％のＳｉＯ2、約３５ｗｔ％までのＭｇＯ（典型的には、約１５〜約３０ｗｔ％のＭｇＯ）、および約５ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれる。たとえば、その繊維には、約７０〜約８０ｗｔ％のＳｉＯ2、約１８〜約２７ｗｔ％のＭｇＯ、および約４ｗｔ％未満の他の微量元素が含まれていてもよい。
【００４４】
好適な生体溶解性無機酸化物繊維は、下記の特許に記載されている：米国特許第５，３３２，６９９号明細書（オールズ（Ｏｌｄｓ）ら）；米国特許第５，５８５，３１２号明細書（テン・アイク（Ｔｅｎ Ｅｙｃｋ）ら）；米国特許第５，７１４，４２１号明細書（オールズ（Ｏｌｄｓ）ら）；米国特許第５，８７４，３７５号明細書（ゾイタス（Ｚｏｉｔａｓ）ら）；および欧州特許出願第０２０７８１０３．５号明細書（出願日２００２年７月３１日）。生体溶解性無機繊維を形成するためには各種の方法が使用でき、そのような方法としてはたとえば、ゾルゲル形成法、結晶成長法、溶融成形法たとえば紡糸またはブロー成形などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００４５】
生体溶解性繊維は、ユニフラックス・コーポレーション（Ｕｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ニューヨーク州ナイヤガラ・フォールズ（Ｎｉａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ，ＮＹ））から、商品名「アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）」および「インサルフラックス（ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ）」として市販されている。その他の生体溶解性繊維が、サーマル・セラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）（所在地、ジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））から、商品名「スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）」として販売されている。たとえば、スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７には、６０〜７０ｗｔ％のＳｉＯ2、２５〜３５ｗｔ％のＣａＯ、４〜７ｗｔ％のＭｇＯ、および微量のＡｌ2Ｏ3が含まれている。スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７ＭＡＸは、すこし高めの温度で使用することが可能であり、それには、６０〜７０ｗｔ％のＳｉＯ2、１６〜２２ｗｔ％のＣａＯ、１２〜１９ｗｔ％のＭｇＯ、および微量のＡｌ2Ｏ3が含まれている。
【００４６】
本発明において使用するのに好適な生体溶解性無機繊維は、広い範囲の平均直径および平均長さをとることができる。平均繊維直径が約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の生体溶解性無機繊維が市販されている。いくつかの実施態様においては、生体溶解性無機繊維が約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの範囲の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維である）。生体溶解性無機繊維の平均直径が小さくなるにつれて、一定の容積のシート材料の中に組み入れられる繊維の量が増加していく。繊維の密度が高くなるようにして調製したシート材料ほど、弾力性と屈曲性に優れている傾向がある。別な実施態様においては、その生体溶解性無機繊維が約３．０マイクロメートル超、あるいは約５マイクロメートル超の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である）。さらに他の実施態様においては、所定の組成物を形成するのに使用される生体溶解性無機繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維と、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維との混合物を含む。
【００４７】
生体溶解性無機繊維は、典型的には、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均繊維長さを有している。一般的に、生体溶解性無機繊維の長さはさほど重要ではないが、それは、選択されたいかなる繊維も、製造プロセスの過程で、所望により破断させてより短いものとすることが可能であるからである。
【００４８】
本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、少なくとも約１０ｗｔ％、そして多くとも９０ｗｔ％の生体溶解性繊維を含んでいるのが望ましい。典型的には、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１６〜約８０ｗｔ％（または約２０〜約８０ｗｔ％、約３０〜約６０ｗｔ％、約４０〜約５０ｗｔ％）の生体溶解性繊維を含む。一つの望ましい実施態様においては、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約２０〜約６０ｗｔ％の生体溶解性繊維を含む。
【００４９】
ｂ．加熱処理シリカ繊維
本発明の組成物にはさらに、加熱処理シリカ繊維が含まれる。本明細書で使用するとき、「加熱処理シリカ繊維」という用語は、（ｉ）繊維の全重量を基準にして、約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）より高いシリカ含量を有し、そして（ｉｉ）少なくとも約４００℃の加熱処理温度に少なくとも約５分間の熱処理時間をかけて繊維を暴露させることを含む熱処理に暴露させた、シリカ繊維を指す。本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗより多く、最高９９．９ｐｂｗものシリカを含んでいてもよい。典型的には、加熱処理シリカ繊維には、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗより多く、最高９５．０ｐｂｗものシリカを含む。一つの望ましい実施態様においては、本発明の加熱処理シリカ繊維には、繊維の全重量を基準にして、約９２．０ｐｂｗ〜約９５．０ｐｂｗのシリカと約８．０ｐｂｗ〜約５．０ｐｂｗのアルミナとが含まれる。
【００５０】
さらに、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、少なくとも約４００℃または５００℃（あるいは、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃もしくは１０００℃、またはそれ以上）の加熱処理温度で、少なくとも約５分間（１０分間、１５分間、２０分間、２５分間、３０分間、もしくは５分刻みで約６０分間まで、またはそれ以上）の加熱処理時間をかけて繊維を暴露することにより、加熱処理してもよい。一つの例示的実施態様においては、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、（ｉ）繊維を、室温から約６００℃〜約１１００℃の範囲の最高加熱処理温度まで加熱し、（ｉｉ）その最大加熱処理温度で約５〜約６０分間（より典型的には約６０分間）の加熱処理時間維持し、そして、（ｉｉｉ）その繊維を放冷して室温とする、ことにより加熱処理する。一つの望ましい実施態様においては、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、（ｉ）繊維を、室温から少なくとも約８５０℃（望ましくは約８５０℃〜約１０５０℃）の最高加熱処理温度まで加熱し、（ｉｉ）その最高加熱処理温度で少なくとも約６０分間（典型的には約６０分間）の加熱処理時間維持し、そして（ｉｉｉ）その繊維を放冷して室温とする、ことにより加熱処理する。
【００５１】
膨張性材料と上述の生体溶解性繊維とだけを含む（すなわち、加熱処理シリカ繊維は含まない）組成物は、取付け材料として使用したときに、高温（すなわち、約６００℃〜約９５０℃）における所望の取付け性能を示すことが可能であるが、その組成物は、中間的な温度（すなわち、約４００℃〜約６００℃）および低温（すなわち、約４００℃未満）では、同じような性能を示さない、ということが見出された。加熱処理シリカ繊維を加えることによって、中間的な温度および低温であっても、汚染制御機器の内部における汚染制御要素の位置を保持する、その組成物の性能が改良されることが見出されたが、これについては以下の実施例で示す。
【００５２】
加熱処理シリカ繊維を形成させるためには各種の方法が利用できるが、そのようなものとしては、浸出法たとえば、米国特許第２，６２４，６５８号明細書、米国特許第２，７１８，４６１号明細書、および米国特許第６，４６８，９３２号明細書に開示されている方法；および加熱処理法、たとえば米国特許第３，４９８，７７４号明細書、および米国特許第４，０３８，２１４号明細書に開示されている方法などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない（これらの特許のすべての主題は、そのすべてを参照により本明細書に援用する）。
【００５３】
加熱処理された高シリカ含量繊維の例としては、ヒトコ・カーボン・コンポジッツ・インコーポレーテッド（Ｈｉｔｃｏ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｉｎｃ．）（カリフォルニア州ガーディーナ（Ｇａｒｄｅｎａ，ＣＡ））から、商品名レフラジル（ＲＥＦＲＡＳＩＬ）（登録商標）、およびベルケム・ファイバー・マテリアルズ・ＧｍｂＨ（ｂｅｌＣｈｅｍ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ）（独国フライベルク（Ｆｒｅｉｂｅｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ））から商品名ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）として市販されているものがある。たとえば、レフラジル（ＲＥＦＲＡＳＩＬ）（登録商標）Ｆ１００繊維には約９６〜９９ｗｔ％のＳｉＯ2が含まれているのに対して、ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）繊維には約９４．５ｗｔ％のＳｉＯ2が含まれている。
【００５４】
本発明において使用するのに好適な加熱処理シリカ繊維は、広い範囲の平均直径および平均長さをとることができる。平均繊維直径が約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の加熱処理シリカ繊維が市販されている。いくつかの実施態様においては、その加熱処理シリカ繊維は、約５．０マイクロメートル〜約１０．０マイクロメートルの平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である）。しかしながら、別な実施態様においては、その加熱処理シリカ繊維が約５．０マイクロメートル未満の範囲の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維である）。加熱処理シリカ繊維の平均直径が小さくなるにつれて、一定の容積のシート材料の中に組み入れられる繊維の量が増加していく。繊維の密度が高くなるようにして調製したシート材料ほど、弾力性と屈曲性に優れている傾向がある。さらに他の実施態様においては、所定の組成物を形成するのに使用される加熱処理シリカ繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維と、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維との混合物を含む。
【００５５】
加熱処理シリカ繊維は、典型的には、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均繊維長さを有している。一般的に、加熱処理シリカ繊維の長さはさほど重要ではないが、それは、選択されたいかなる繊維も、製造プロセスの過程で、所望により破断させてより短いものとすることが可能であるからである。
【００５６】
本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、０ｗｔ％を超え、９９ｗｔ％までの加熱処理シリカ繊維を含む。典型的には、その組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、少なくとも約４．０ｗｔ％で多くとも９０ｗｔ％（または、約１０〜約９０ｗｔ％、約２０〜約８０ｗｔ％、約３０〜約６０ｗｔ％、約４０〜約５０ｗｔ％）の加熱処理シリカ繊維を含む。本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、望ましくは約５．０〜約４０ｗｔ％、より望ましくは約８．０〜約２０ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維を含む。
【００５７】
ｃ．任意成分の追加の繊維
組成物には場合によっては、上述の繊維に加えてその他の無機繊維が含まれていてもよい。存在させるならば、その追加の無機繊維が呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維であるのが望ましいが、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維を追加として使用することも可能ではある。好適な追加の繊維としては、セラミック材料たとえば、セラミック酸化物、セラミック窒化物、ガラス材料、またはそれらの組合せから形成された繊維が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。本明細書で使用するとき、「ガラス」という用語は、結晶相の明確な線や他の徴候が少なくとも実質的に存在しない、ぼやけたＸ線回折パターンを有する酸化物のような、非晶質の無機材料を指す。
【００５８】
追加の無機繊維を存在させる場合、組成物中に組み入れるその量は、広い範囲で変化させることができる。典型的には、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１５ｗｔ％までの追加の無機繊維を含んでいてもよい。いくつかの実施態様においては、その組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１０ｗｔ％まで、約５ｗｔ％まで、または約３ｗｔ％までの追加の無機繊維を含んでいる。
【００５９】
追加の無機繊維は、上述の生体溶解性繊維および加熱処理シリカ繊維の繊維長さと同程度の繊維長さを有していてもよい。望む供給源から追加の無機繊維を入手したときに、それが所望の長さよりも長かったような場合には、繊維を刻んだり、切断したり、あるいはその他の方法で、所望の繊維長さにまで短くすることができる。追加の無機繊維は、典型的には、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍの範囲の平均長さを有する。
【００６０】
３．バインダー
本発明の組成物には、１種または複数のバインダーが含まれていてもよい。好適なバインダーとしては有機バインダーが挙げられるが、無機バインダーまたはそれらの組合せが含まれていてもよい。
【００６１】
本発明の一つの例示的な実施態様においては、組成物に、１種または複数のポリマーまたは有機バインダーを含む。そのようなバインダーを使用することにより、その組成物の成形時および取扱時における弾力性および屈曲性を向上させることができる。たとえば、組成物がシート材料たとえば汚染制御機器のための取付け用マットの形状である場合には、汚染制御要素のまわりをその取付け用マットで、より容易に包み込むことができる。そのような機器において遭遇する操作温度では、典型的には、有機成分は分解するか、燃え尽きるか、あるいはその他の形で消失する。したがって、その有機成分は典型的には、組成物の恒久的構成成分というよりは、一時的な成分である。
【００６２】
その取付け用マットが湿式レイド法または改良製紙法を用いて製造されている場合には、ポリマー系またはその他の有機バインダーが特に有用であるが、乾式レイド法で製造されたマットでも、そのようなバインダーを組み入れればメリットがある。１種または複数の有機バインダーを、マットの本体の中に組み入れてもよいし、および／またはマットのためのコーティングとして使用してもよい。マットには、極めて少量の有機バインダー（１ｗｔ％未満）を含んでいてもよいし、有機バインダーをまったく含んでいなくてもよい。
【００６３】
好適なポリマーバインダーは熱可塑性であっても熱硬化性であってもよく、また、各種の形態の固形物として使用してもよいし、あるいは固形分含量１００パーセントの組成物を含む液状物、溶液、分散液、ラテックス、エマルション、それらの組合せなどとして使用してもよい。いくつかの実施態様においては、そのポリマーバインダーがエラストマーである。好適なポリマーとしては以下のようなものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：天然ゴム、スチレンおよびブタジエンを含めた２種以上の共重合性化学種のコポリマー、ブタジエンおよびアクリロニトリルを含めた２種以上の共重合性化学種のコポリマー、（メタ）アクリレートポリマーおよびコポリマー、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリアミド、セルロース系ポリマー、その他のエラストマーポリマー、またはそれらの組合せ。
【００６４】
組成物には、乾燥重量基準で、約０．１〜約１５ｗｔ％、約０．５〜約１２ｗｔ％、または約１〜約１０ｗｔ％の有機バインダーが含まれていてよい。
【００６５】
いくつかの実施態様においては、そのポリマーバインダーが、アクリル含有および／またはメタクリレート含有ラテックス組成物である。そのようなラテックス組成物は、クリーンに燃焼して、望ましくない量の毒性または腐食性の副生物を発生しない傾向がある。好適なアクリル系エマルションの例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ）（ペンシルバニア州フィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）から商品名「ロープレックス（ＲＨＯＰＬＥＸ）ＨＡ−８」（固形分４４．５ｗｔ％の、アクリル系コポリマーの水性エマルション）として市販されているもの、およびエア・プロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ペンシルバニア州アレンタウン（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ））から商品名「エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ」（固形分５５％のエチレン酢酸ビニルコポリマー）として市販されているもの。
【００６６】
搭載された汚染制御要素（たとえば、モノリシック触媒要素またはキャリヤー）を、その汚染制御機器（たとえば、触媒コンバーター）の長さ方向の軸に沿って移動させるのに必要な力の大きさは、その汚染制御要素の上の取付け用マットによって発揮される保持力に直接関連する。本発明の取付け用マットの配合を用いた場合、その汚染制御機器の高い操作温度で容易には燃えないようなバインダー（たとえば、シリコーンラテックスバインダー）を、その温度で容易に燃焼するバインダー（たとえば、アクリル系ラテックスバインダー）に代えて使用することによって、取付け用マットによって発揮される保持力が顕著に増大する。このような方法によって、その要素を軸に沿って移動させるのに必要となる力の大きさを顕著に増やすことが可能である。
【００６７】
いかなる理論にも必然的に拘束されることを望むものではないが、この挙動における違いは、少なくとも部分的には、高温に暴露させたときに、ほとんどが燃え尽きてしまうラテックスバインダーの場合よりも、シリコーンバインダーを用いると、シリコーンが固体のＳｉＯ2となることが可能であるために、その重量損失が少なくてすむことの結果であろうと考えられる。さらに、典型的には、シリコーンバインダーを燃焼させるには、より高い温度が必要である。たとえば、シリコーンラテックスバインダーは一般に約２００℃までは安定であるが、アクリル系ラテックスバインダーは一般に約１５０℃までしか安定でない。取付け材料の損失が少ないので、汚染制御機器を運転した後では、典型的には、その取付け材料が原因の圧力損失がより少ない。
【００６８】
たとえば、空気中またはＮ2ガス雰囲気のいずれにおいても、高温に暴露させると、ダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）のＤＣ８５シリコーンバインダーは、エアフレックス（Ａｉｒｆｌｅｘ）６００ＢＰアクリル系ラテックスバインダーよりもずっと後に燃え尽きるということが見出された。ディーゼルエンジン用途およびいくつかの直接噴射ガソリンエンジン用途においては、取付け用マットバインダーは、典型的には、約２００℃〜約３００℃の範囲の操作温度に暴露される。そのような比較的低い温度では、有機バインダー、特にシリコーンバインダーの燃焼／分解はかなり遅い。シリコーンバインダーの少なくとも約３０％までが、その取付け材料の中に残り（すなわち、燃え尽きない）、そのためにバインダーの損失が原因の体積減少がすくなくなることが見出された。
【００６９】
ポリマー繊維もまた、取扱い性、屈曲性、弾力性、またはそれらの性質を組み合わせて改良するための、組成物の中のバインダー構成成分として使用することもできる。その組成物がシート材料の形態の場合、ポリマー繊維は、そのシート材料の加工性を向上させ、湿時強度を改良する傾向がある。ポリマーバインダーの場合と同様に、ポリマー繊維も、その組成物を汚染制御機器において使用した場合には、１回または複数の加熱サイクルの後には燃え尽きる（すなわち、分解するかまたは消失する）傾向がある。
【００７０】
ポリマー繊維は、ポリマーバインダーに関して先に述べた各種のポリマーから形成させることができる。組成物には、乾燥重量基準で、約５ｗｔ％までのポリマー繊維が含まれていてもよい。いくつかの実施態様においては、組成物には約２ｗｔ％まで、または約１ｗｔ％までのポリマー繊維が含まれる。たとえば、組成物には乾燥重量基準で、約０．１〜約２ｗｔ％、または約０．２〜約１．０ｗｔ％のポリマー繊維が含まれていてもよい。そのポリマー繊維は、ステープル繊維であってもよいし、あるいはフィブリル化繊維であってもよい。一つの実施態様においては、そのポリマー繊維が、約０．５〜約５デニールの範囲のステープル繊維である。
【００７１】
好適なポリマーバインダーを単独で使用してもよいし、あるいは、追加の構成成分と組み合わせて使用してもよい。追加の構成成分としては、モノマー、可塑剤、充填剤、粘着付与剤、界面活性剤、またはその他の変性剤が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００７２】
好適な無機バインダー材料としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：コロイド粒子；スリー・エム・イノベーティブ・プロパティーズ・カンパニー（３Ｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））に譲渡された国際公開第０３／０３１３６８号パンフレットに開示されているような無機マイカ系バインダー（その特許の主題のすべてを、参照により本明細書に援用する）；およびアール・ティー・ヴァンダービルト・カンパニー・インコーポレーテッド（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．）（コネチカット州ノーウォーク（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ））から市販されている、ディキシー・クレー（ＤＩＸＩＥ ＣＬＡＹ）（登録商標）製品。本発明の組成物中に存在させる場合には、国際公開第０３／０３１３６８号パンフレットに記載のマイカ系バインダーは、マットの全乾燥重量を基準にして、約５．０ｗｔ％未満の量で存在させる。典型的には、マイカ系バインダーは、マットの全乾燥重量を基準にして、約２．０ｗｔ％未満または１．０ｗｔ％未満の量で存在させる。本発明のほとんどの実施態様においては、その組成物にはマイカ系バインダー材料を全く含まない。
【００７３】
４．添加物
本発明のマットには、得られた製品に所望の特性を付与するための、１種または複数の添加物が含まれていてもよい。好適な添加物としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：可塑剤、湿潤剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、クレー、軽量充填剤、耐火性充填剤、金属繊維、またはそれらの組合せ。
【００７４】
いくつかの実施態様においては、その組成物がシート材料の形態であり、そのシート材料には、そのシート材料のエッジへのエロージョンを最小とするためのエッジ保護材が含まれる。そのようなエロージョンは、そのシート材料を汚染制御機器に使用した場合なら、たとえば排気ガスが原因となりうる。好適なエッジ保護材としては、たとえば、シートのエッジの上に設けた金属製金網や、米国特許第６，２４５，３０１号明細書（ストルーム（Ｓｔｒｏｏｍ）ら）に開示されているような、バインダーとガラスの混合物を挙げることができる。当業者公知のその他のエッジ保護材を使用することもできる。
【００７５】
Ｂ．組成物の構造的な形状
上述の本発明における組成物の構成成分は、単一のシートの形状としてもよいし、あるいは、多層物品の１層または複数の層を形成していてもよい。本発明の一つの望ましい実施態様においては、その組成物が、１種または複数の上述の組成物構成成分を含む、単一のシート材料の形態である。単一のシート材料として存在させる場合には、その組成物は、典型的には、約１０ｃｍ（４インチ）まで、より典型的には約４ｃｍ（１．５７インチ）までの平均シート厚みを有している。
【００７６】
本発明の他の実施態様においては、その組成物を、２層以上の明白な層を含む多層構成の形態とすることも可能である。それぞれの層は独立して、類似の組成を有するか、あるいは他の層、コーティング、膜、または各種その他の層とは異なったシート組成を有するシート材料の形態であってもよい。一つの例示的な実施態様においては、その多層物品には、上述の組成物構成成分の１種または複数またはすべてを含む第一のシート材料と、その第一のシート材料に貼り付けられた第二のシート材料とが含まれ、ここで、その第二のシート材料には、セラミック繊維（たとえば、多結晶セラミック繊維など）またはガラス繊維（たとえば、Ｓ２ガラス繊維、Ｒガラス繊維、Ｅガラス繊維など）の不織マットまたは層が含まれる。特に、その第一のシート材料が高温に暴露されるような場合（たとえば、その汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が約９００℃を超えるような場合）には、セラミック繊維の層を、汚染制御要素（たとえば、触媒要素）と第一のシート材料との間に位置させるのが望ましい。このようにすることで、セラミック繊維の層が、第一のシート材料を断熱して、有害な高温（たとえば、膨張性材料が繰り返して膨張できる性能を破壊するような温度）に暴露されることから保護することができる。さらに、特にその第一のシート材料が比較的低い温度に暴露されるような場合（たとえば、汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が約６００℃未満であるような場合）には、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層を、第一のシート材料と汚染制御機器のハウジングとの間に位置するようにさせるのが望ましい。このようにすることで、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層が、第一のシート材料の温度を充分高く保って、その第一のシート材料の中の膨張性材料が少なくとも部分的に活性化される（すなわち、膨張する）様に機能することが可能となる。別な方法として、第一のシート材料が第二のシート材料の層の間に挟み込まれているのも望ましい。たとえば、セラミック繊維の層を汚染制御要素（たとえば、触媒要素）と第一のシート材料との間に位置させることができるし、また、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層を第一のシート材料と汚染制御機器のハウジングとの間に位置させることもできる。そのようなサンドイッチ構成は、第一のシート材料が比較的中間的な温度に暴露される場合（たとえば、汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が、約６００℃〜約９００℃の範囲であるような場合）には望ましいものとなるであろう。
【００７７】
本発明の別な実施態様においては、三次元形状を有する物体に組成物を成形することもできる。三次元形状を有する好適な物体としては、押出し物品、ダイキャスト物品、および金型成形物品などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００７８】
ＩＩ．組成物を製造するための方法
本発明はさらに、上述の組成物を製造するための方法も目的としている。組成物は、各種の慣用される製作技術により形成させることが可能である。代表的な一つの製作方法としては、上述の組成物の個々のシートを成形することが挙げられる。シート材料の複数の層を、必要があれば接着剤材料（または、存在させるのならば、ポリマーバインダー材料）を使用して、交互に積層してもよい。多層シート材料は、米国特許第５，８５３，６７５号明細書（ハワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））の記載に従って、成形することも可能である。別な方法として、米国特許第６，０５１，１９３号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）の記載に従って、それらの層を互いの上に積み重ねていくことにより成形することも可能である。
【００７９】
本発明の組成物から調製されたシート材料は、たとえば、製紙プロセスのような各種適切な技術などを使用して、成形することができる。製紙で使用される方法の一つの実施態様においては、バインダー材料を水に添加することによって、無機またはポリマーバインダーを調製する。その濃度と温度はいずれも、広い範囲で変化させることができる。いくつかの実施態様においては、温水、たとえば温度約３０℃〜約７５℃の水を使用して、スラリーを調製する。たとえば、その水の温度は約３５℃〜約４５℃とすることもできる。
【００８０】
バインダー材料に水を添加して、希釈したスラリーを調製することも可能である。生体溶解性繊維および加熱処理シリカ繊維をそのスラリーに添加することができる。そのバインダー材料と繊維とを分散させるためには、いかなる剪断力をかけてもよい。いくつかの実施態様においては、低〜中程度の剪断力を、比較的短時間たとえば、１秒〜１０分間、または約３〜８０秒間かけて、繊維を分散させることができる。スラリーを中程度の速度で混合して、固形成分を懸濁状態に保ってもよい。他の成分、たとえば消泡剤およびポリマーバインダーを添加することもできる。
【００８１】
たとえば酸性化剤のような、適切な凝固剤を添加することもできる。他の凝固剤、たとえば塩基の手段により凝固を起こさせるものを、慣用される方法に従って使用してもよい。凝固の際には、典型的には、（存在すれば）ポリマーバインダーのより大きな粒子が形成される。組成物中に存在する粒子状物質はいずれも、バインダーに結合して、繊維マトリックスの中にトラップされる傾向がある。すなわち、粒子状物質が、濾過のために使用されるスクリーンの目詰まりを起こすことはない。粒子状物質を繊維マトリックスに結合させることにより、スラリーからの水の抜き出しが容易となり、シート材料を調製するために必要な加工時間を短縮することが可能となる。
【００８２】
膨張性材料（望ましくは、平均粒径が約３００マイクロメートルより大のもの）は典型的には、凝固の後に添加する。添加順を特にこのようにすることで、スラリー中での固形物の分散やスラリーからの水の除去が容易とすることができる。しかしながら、この添加順は絶対というほどのものではなく、他の添加順も可能である。
【００８３】
得られたスラリー組成物は、適切なスクリーンの上にキャスティングし、水を切り、加圧することができる。別な方法として、スラリーをワイヤメッシュまたはスクリーンの上に真空キャスティングすることによって層を形成させることもできる。得られた加圧シート材料を、各種適切な方法たとえば、空気乾燥またはオーブン乾燥により乾燥させることができる。採用可能な、標準的な製紙技術についての詳細は、たとえば、米国特許第３，４５８，３２９号明細書（オーエンス（Ｏｗｅｎｓ）ら）を参照されたい。
【００８４】
シート材料を切断して、所望の形状、たとえば、取付け用マットとしての使用、または汚染制御機器の末端コーン領域における熱バリヤー（すなわち、断熱材料）としての使用に適した形状とすることができる。切断は、たとえば打抜きプロセスにより実施することができる。本発明の組成物から調製されたシート材料は、再現性よく切断されて、厳しい寸法公差を満たすことができる。それらのシート材料は、好適な取扱い特性を示すことが可能であり、手の中で砕けるほどには脆くない。たとえば、それらのシート材料は、ばらばらになることなく、汚染制御要素のまわりに容易かつしなやかに沿わせることが可能で、汚染制御機器の中で、弾力性があり、保護作用を有する担持的シールを形成する。
【００８５】
本発明の組成物はさらに、ペーストの形状で調製することも可能である。ペーストを調製するためには、典型的には、全固形分を約３０パーセントより高くする。いくつかの実施態様においては、固形分が約３０〜約６０パーセントである。ペーストは、典型的には、たとえば汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの間の隙間に注入することが可能であるような、稠度と粘度とを有している。米国特許第５，７３６，１０９号明細書（ハワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））に、ペーストを製造するために適したプロセスの記載がある。最初にスラリーを形成させ、次いでその水の幾分かを除去して固形分パーセントを上げることによって、ペーストを形成させることも可能である。さらに、そのペーストを使用して、シート材料や三次元物体を形成させることも可能である。シート材料または三次元物体を形成させるためには、その組成物を、三次元ダイにキャスティングするか、金型注入するか、またはダイを通して押出し加工する。
【００８６】
本発明のさらなる実施態様においては、組成物が上述の膨張性材料と共に、ドライレイされる。
【００８７】
公知の技術を用いて、シート材料の形態の中の１層または複数の単一層の組成物を他の同一、類似または異なった層と組み合わせて、多層物品を形成させてもよい。たとえば、そのシート材料の外側面の上に追加の層をコーティングしてもよい。さらに、先にも述べたように、任意成分の接着剤を使用して、シート材料の複数の層または他の層を交互に積層してもよい。材料の複数の層を組み合わせて多層物品を形成させるその他の機械的な方法としては、ニードルパンチ法やステッチ法などが上げられるが、それらに限定される訳ではない。
【００８８】
以下の実施例を用いて本発明をさらに説明するが、いかなる点においても、それらの実施例が本発明の範囲を限定すると受け取ってはならない。それとは逆に、本明細書を読んだ後では、本発明の趣旨および／または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者にとって自明となるであろう各種その他の実施態様、修正、および等価物の手段を取りうるということは明瞭に理解するべきである。
【実施例】
【００８９】
模擬的な操作条件下における、汚染制御機器たとえば触媒コンバーター組立物における取付け用マットの耐久性および性能は、たとえば、エス・エー・イー・報文（ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ）２００４−０１−０１４６、ナタン・ブルンナー（Ｎａｔｈａｎ Ｂｒｕｎｎｅｒ）「キャタリティック・コンバーター・ホット・バイブレーション・テスト・メソッズ・アト・スリー・エム・カンパニー（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｈｏｔ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｔ ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）」に記載の試験方法に従って測定することができる。そのエス・エー・イー・報文のすべてを、参照により本明細書に援用する。
【００９０】
そのような試験方法に従って、それぞれ実施例１〜３による取付け用マットを、概略直径４．７インチ（約１１９．４ｍｍ）、長さ約３インチ（約７６．２ｍｍ）、重量約２６０グラムの円筒状のコーディエライトモノリスの周りに巻き付ける。その巻き付けられたモノリスを、触媒コンバーターハウジングの中に、実施例で規定された搭載密度で詰めて、ガス入口温度５００℃で加熱振動試験にかける。そのコンバーター集合体を、加熱入口ガスを用いての２時間の加熱と１時間の冷却とのサイクル５回により、熱的にコンディショニングさせる。コンディショニングをさせた後、２．７グラム−１２ｄＢ（デシベル）の振動をかけながら、加熱入口ガスを用いて温度５００℃で３時間の、計４時間のサイクルを用いた試験を開始する。一つのサイクルは１時間の冷却で終わるが、その際には集合体はほぼ周囲温度まで冷却する。第二の４時間サイクルを−９ｄＢで開始、第三のサイクルは−６ｄＢで開始というようにして、０ｄＢになるまで続ける。その集合体がまだ完全であるようならば、その試験を０ｄＢの４時間サイクルで、異常（ｆａｉｌｕｒｅ）が起きるか、または所定の時間（典型的には７２時間または９６時間）に達するまで続ける。
【００９１】
実施例１：
細断したシリカ繊維（直径７ミクロン、長さ６ｍｍのベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）繊維、独国フライベルク（Ｆｒｅｉｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）のベルケム・ファイバー・マテリアルズ・ＧｍｂＨ（ｂｅｌＣｈｅｍ ｆｉｂｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ）から入手可能）を熱処理するために、周囲温度の炉の中にその繊維を置いた。温度調節器の設定を９５０℃として、炉に電源を入れた。炉内の温度が９５０℃に達したら、繊維を１時間灼熱させておいてから、炉の電源を切断した。炉を周囲温度まで冷却し、繊維を取り出して、シートにした。
【００９２】
２７ｗｔ％の上述の加熱処理シリカ繊維、２７ｗｔ％の生体溶解性繊維（スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７（ジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））のサーマル・セラミック（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃ）から入手可能）、８ｗｔ％の酢酸ビニルラテックス固形分（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ、固形分約５５％の酢酸ビニルラテックス、ペンシルバニア州アレンタウン（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）のエア・プロダクツ・ポリマーズ・エル・ピー（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｌ．Ｐ．）から入手可能）、および３８ｗｔ％の未膨張バーミキュライトの乾燥組成を有する、マットを調製した。
【００９３】
ブレンダーに４０℃に加温した３０００ｍＬの水道水を入れ、加熱処理シリカ繊維を加えて１０秒間混合させることにより、スラリーを調製した。生体溶解性繊維を加え、低速度で５秒間混合した。そのスラリーを大きな混合容器に移し、ブレンダーからの繊維を、１０００ｍＬの４０℃の水道水を用いて洗い、そのスラリーを容器に加えた。そのスラリーを、プロペラブレードミキサーを用いて中間速度で撹拌しながら、３滴の消泡剤（フォーマスター（ＦＯＡＭＡＳＴＥＲ）１１１消泡剤）および酢酸ビニルラテックスを添加した。分散ができたら、１１．４グラムの５０ｗｔ％ミョウバン溶液（ゼネラル・ケミカルズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））を加え、約２分間混合した。次いで未膨張バーミキュライトを加え、２分間混合した。そのスラリーを、８０メッシュのスクリーンを有する寸法２０．３ｍｍ×２０．３ｍｍのシートモールドの中に迅速に注入し、脱水させた。モールドを開き、その脱水させたシートの上に吸取り紙を置いて、めん棒を用いて８回ロールがけした。新しい吸取り紙を、シートの両面に置き、それを２枚の粗いスクリーンの間にはさんで、約４１４ｋＰａ〜５５２ｋＰａの間の圧力で５分間加圧した。シートを取り出し、１１０℃の炉に入れ、約６０分間かけて乾燥させた。シートを炉から取り出し、周囲温度および湿度で一夜コンディショニングさせた。
【００９４】
得られたマットを、０．７６ｇ／ｃｃの搭載密度になるように詰めて、前述のような加熱振動試験にかけた。試験は０ｄＢレベルに達し、試験は７２時間後まで継続された。マットおよび詰められた集合体には、何の異常も認められなかった。
【００９５】
同様にして調製した、５４ｗｔ％の生体溶解性繊維（スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７）、８ｗｔ％の乾燥ラテックス固形分（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ）、および３８ｗｔ％の未膨張バーミキュライトからなるマットを、搭載密度１．０１ｇ／ｃｃになるように詰めた。その詰め込まれた集合体について、堅牢性の試験を行ったところ、６．７２時間後に−６ｄＢレベルで異常が認められた。
【００９６】
実施例２：
生体溶解性繊維（アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）、ユニフラックス（Ｕｎｉｆｒａｘ）から入手可能）を、約４０℃に加温した水中、固形分約１．０５ｗｔ％で、６０秒間ずつ２回、パルプ化させた。そのスラリーを保持タンクにポンプ輸送し、希釈して固形分約０．８４％とした。その希釈スラリーを、サイクロンセパレーターを通して第二の保持タンクにポンプ輸送すると、ショットが２０％低下していた。前述のようにして加熱処理したシリカ繊維（ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標））を、固形分約０．３７ｗｔ％で３分間かけてパルプ化し、生体溶解性繊維の入っているタンクに移して、そのスラリーをさらに希釈して固形分約０．３５ｗｔ％とした。その希釈されたスラリーを加熱して４０℃とし、ラテックス（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ）およびアルミン酸ナトリウム（繊維重量の１．１８％）を加えたが、その間混合をして、スラリーを懸濁状態に維持した。約３分間後に、水中５０ｗｔ％ミョウバン溶液（全スラリー重量を基準にして、ミョウバン０．１８ｗｔ％）を添加して、ラテックスと繊維を沈降させた。次いで、スラリーをタンクの中に連続的にポンプ輸送し、そのスラリーに定量フィードされる未膨張のバーミキュライトと混合した。マニフォールドを通して、得られたスラリーをメッシュベルトの上にポンプ輸送した。真空を用いてそのスラリーを脱水し、約３０〜４０ｗｔ％の水を含むマットを形成させた。そのマットをローラーを用いて加圧し、一連のスチーム加熱回転缶を通過させて乾燥させると、３１．１ｗｔ％の生体溶解性繊維、２０．７ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、８．２ｗｔ％のラテックス固形分、および４０ｗｔ％の未膨張バーミキュライトからなる乾燥組成物を含むマットが形成された。
【００９７】
そのマットを、約０．７０ｇ／ｃｃの搭載密度になるように詰めて、前述のようにして、入口ガス温度５００℃で加熱振動試験にかけた。その試験は０ｄＢレベルに達し、９６時間（２４回の完全サイクル）後に終了させた。マットおよび詰められた集合体における異常は、何も認められなかった。
【００９８】
実施例３：
下記の点を除き、実施例２と同様にしてマットを調製した。生体溶解性繊維（アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ））は、固形分１．６８ｗｔ％でパルプ化した。ショット除去のための水を用いた第一回目の希釈のあと、スラリーの固形分は約１．０５ｗｔ％であった。加熱処理したシリカ繊維を、固形分０．３２ｗｔ％でパルプ化すると、最終のスラリーは約０．６２９ｗｔ％の固形分を有していた。アルミン酸ナトリウムを、全乾燥繊維重量の１．１５ｗｔ％のレベルで添加した。
【００９９】
得られたマットは、３９．６ｗｔ％の生体溶解性繊維、９．９ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、１０．３ｗｔ％のラテックス固形分、および４０．２ｗｔ％の未膨張バーミキュライトの乾燥組成を有していた。そのマットを、０．７０ｇ／ｃｃの搭載密度で詰め込み、加熱ガス入口温度５００℃を用いて、加熱振動試験にかけた。試験は０ｄＢレベルに達し、試験は９６時間後まで継続された。マットおよび詰められた集合体には、何の異常も認められなかった。
【０１００】
実施例４
下記の点を除き、実施例３と同様にしてマットを調製した。ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）高シリカ含量繊維を、９００℃で加熱処理した。得られた取付け用マットは、約１０．２ｗｔ％のベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）高シリカ含量繊維、約４０．８ｗｔ％のアイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）１２６０生体溶解性繊維、約４０ｗｔ％の未膨張バーミキュライト（ニューヨーク州ニューヨークのワン・ペン・プラザ（Ｏｎｅ Ｐｅｎｎ Ｐｌａｚａ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ）にある、コメタルズ（Ｃｏｍｅｔａｌｓ）からのもの）、および約９ｗｔ％のエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰアクリル系ラテックスバインダー、の乾燥組成を有していた。
【０１０１】
実施例５
上述の実施例４の記載に従い、それにおけるのと同じ構成成分を用いて、また別な取付け用マット材料を構成したが、ただし、アクリル系ラテックスバインダーを、同量のダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）ＤＣ８５シリコーンバインダーに置き換えた。
【０１０２】
ここに例示した取付け材料に対しては、各種の修正が可能であると考えられる。たとえば一般的には、本発明の取付け材料において使用される有機バインダーは、たとえば、アクリル系ラテックスバインダー、シリコーンバインダーまたはそれらの組合せを含むか、それらからなるか、またはそれらから実質的になっていてよい。
【０１０３】
本発明の取付け材料の乾燥重量組成は、次の範囲までは変更可能であると考えられる：（ａ）約２％〜約８０ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）少なくとも最高約７５ｗｔ％までの生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約１０％〜約７５ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約１％〜約１５ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約１０ｗｔ％となるようにするべきである。
【０１０４】
本発明による望ましい取付け材料の乾燥重量組成は以下のように変化させることが可能であると考えられる：（ａ）約５％〜約５０ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）約１０％〜約６０ｗｔ％の範囲の生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約２０％〜約７０ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約２％〜約１２ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約１５ｗｔ％とすることができる。
【０１０５】
本発明の取付け材料の好適な乾燥重量組成は以下のように変化させることが可能である：（ａ）約５％〜約２５ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）約２０％〜約５０ｗｔ％の範囲の生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約２５％〜約６０ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約４％〜約１１ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約３０ｗｔ％とすることができる。
【０１０６】
本明細書では、その特定の実施態様について詳しく記述してきたが、当業者ならば、上述のことを理解すれば、それらの実施態様に対する変更、変法、および等価物を容易に考案することが可能であるということは理解されたい。たとえば、本発明の組成物は、熱バリヤー（すなわち、断熱材料）、火災バリヤーまたは火災防壁、またはそれらの組合せとしても有用である。たとえば、本発明の組成物を、パイプ、加熱装置、または構造要素たとえばビルディングサポート（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ）などの周りを包み込んだり、他の方法で周りに置くことも有用である。本発明の組成物は、燃料電池のモノリシック構造の周辺でも有用である。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその各種等価物の範囲として評価されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施態様を取り入れた触媒コンバーターを、分解した形で示す斜視図である。
【図２】本発明の実施態様を取り入れたディーゼル排気微粒子フィルターの、中央部分長さ方向の断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染制御機器において使用するのに好適な材料、特に、汚染制御要素を汚染制御機器の中に取付けるためのマット、さらに詳しくは、そのような材料を含む汚染制御機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染制御機器は、大気汚染を低減させるために、自動車に使用される。そのような汚染制御機器には、ハウジングの中に取付けられた１種または複数の汚染制御要素が含まれる。現在のところ、二つのタイプの機器、すなわち触媒コンバーターおよびディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップが広く使用されている。触媒コンバーターには１種または複数の触媒が使用され、それらは典型的には、モノリシック構造の基材の上にコーティングされている。そのモノリシック構造は典型的にはセラミックであるが、金属製のモノリスも使用されてきた。その（１種または複数の）触媒が、排気ガス中の一酸化炭素および炭化水素を酸化させるか、窒素の酸化物を還元させるか、またはそれらの両方を行う。ディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップには典型的には、多孔質の結晶質セラミック材料から製造されたハニカム化モノリシック構造の形態の、ウォールフローフィルター要素が含まれている。最新の構成のそれらの汚染制御機器では、それぞれのタイプのモノリシック構造が一つのハウジングの中に組み入れられている。
【０００３】
典型的なモノリシック汚染制御要素は一般に、比較的薄い壁面を有して、大量の表面積が得られるようになっている。そのため、その構造は比較的脆く、破損しやすい。セラミック材料から形成された典型的なモノリシック汚染制御要素は、その中にその要素が組み入れられている金属（通常はステンレス鋼）製のハウジングまたは缶よりも、１桁低い熱膨張率を有していることが多い。典型的には、膨張性または非膨張性マットのような保護パッキンまたは取付け材料が、セラミック製のモノリスと金属製のハウジングとの間に充填されていて、たとえば道路からのショックや振動が原因のモノリスの損傷を防ぎ、熱膨張の差を補償し、排気ガスがモノリスと金属ハウジングとの間を通過することを防いでいる。そのような取付け材料を配置または挿入するプロセスは「キャンニング（ｃａｎｎｉｎｇ）」と呼ばれていて、それには、モノリスと金属ハウジングとの隙間にペーストを注入したり、モノリスの周りをシート材料（すなわち、取付け用マット）でくるみ、そのくるんだモノリスをハウジングの中に挿入したりするプロセスが含まれる。
【０００４】
従来からの取付け材料を形成するために使用される組成物としては、高温耐久性、良好な取扱性、弾力性、屈曲性、強度などの性質を与えることが可能な耐火性セラミック繊維が含まれていた。高温で体積が膨張する、膨張性材料もまた使用されてきた。そのような膨張は、高温における使用時に、モノリスを所定の位置に保持するのに役立つ。汚染制御機器のハウジングの中に汚染制御要素を取付けるために使用されてきた材料は、たとえば以下の特許に記載されている：独国特許出願公開第１９８５８０２５号明細書（アスグラオ（Ａｓｇｌａｗｏ））；ならびに米国特許第３，９１６，０５７号明細書（ハッチ（Ｈａｔｃｈ）ら）；米国特許第４，３０５，９９２号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；米国特許第４，３８５，１３５号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；米国特許第５，２５４，４１０号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）；および米国特許第５，２４２，８７１号明細書（ハシモト（Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ）ら）。
【０００５】
比較的に細い耐火性セラミック繊維、すなわち直径が約５〜６マイクロメートル未満の繊維が、マット組成物の重要な構成成分となっていた。しかしながら、細い繊維は場合によっては、問題を引き起こす可能性がある。細い繊維は、呼吸で吸い込まれる可能性があるとみなされ、通常は、生理学的流体、特に肺流体において耐久性がある。そのため、耐久性があり、呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性繊維を使用せずにすむ取付け用マット組成物が望まれている。しかしながら、この構成成分を使用せずに受容可能な取付け用マットを製造するということは、大きな工学的課題であった。
【０００６】
生理学的流体中で非耐久性である繊維については、たとえば、米国特許第５，８７４，３７５号明細書およびその中に記載された引用文献なども含め、多くの文献が記述されてきた。そのような繊維を吸入したときには、それらが体液中で分解する。残念なことに、それ自体可溶性の無機繊維は、耐火性繊維の実用的な代替物とはならない。このように代替となることが不能であるということは、可溶性の無機繊維という難題にその原因が求められる。そのような繊維は、典型的な触媒コンバーターの中で発生する極端な高温にさらされると、過度の収縮を示す傾向がある。マットが収縮すると、脆い触媒コンバーター要素をそのハウジングの中で緩く保持していることになり、その結果、モノリス、ひいてはその汚染制御機器に損傷を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのような取付け用マット組成物の改良が、引き続き求められている。本発明はそのように改良された組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
公知のいくつかの取付け材料は、比較的に高い操作温度（すなわち、約７００℃〜約９５０℃）においてのみ、所望の取付け性能を示すということが見出された。それと同じ取付け材料は、比較的中間の操作温度（すなわち、約４００℃〜約６００℃）および／または比較的低い操作温度（すなわち、約４００℃未満）では、望んでいる程の取付け性能は示さない。本発明の発明者らは、そのような比較的高い操作温度だけでなく、比較的中間の操作温度、および／または比較的低い操作温度においても、所望の取付け性能を示すことが可能である、互いに働いて相乗的な効果のある取付け材料の組合せを見出した。したがって、本発明は、より汎用性のある取付け材料のためのニーズに応えるものである。本発明はさらに、呼吸で吸い込まれる可能性があり、非分解性の耐火性繊維を使用せずにすむ、取付け材料のニーズにも応えることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様においては、たとえば、汚染制御機器の中に汚染制御要素を取付けるための取付け材料として使用することが可能な組成物が提供される。具体的には、それらの組成物には、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、および膨張性材料が含まれる。いくつかの実施態様においては、その組成物にはさらに有機バインダーが含まれていてもよい。そのような組成物は、シート材料の形態、またはペーストもしくはスラリーの形態で提供することができる。それらの材料は、たとえば、汚染制御機器の末端のコーン状領域の一方または両方に位置させる断熱材料としても有用となりうるであろう。
【００１０】
本発明のまた別な態様においては、そのような組成物を使用して製造された取付け用マットが提供される。
【００１１】
本発明のさらに別な態様においては、ハウジング、そのハウジングの中に配された汚染制御要素、およびそのような組成物を含む汚染制御機器が提供される。その組成物は、ハウジングの少なくとも一部と汚染制御要素との間の隙間に配される取付け材料として使用することが可能である。取付け材料は典型的には、ペーストまたはシート材料の形態であるが、それには、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および場合によっては有機バインダーが含まれる。取付け材料は、脆い汚染制御要素をたとえば道路からのショックや振動が原因の損傷から防ぐこと、汚染制御要素とハウジングとの間の熱膨張の差を補償すること、排気ガスがその汚染制御要素をバイパスするのを防ぐこと、あるいはそれらを組合せて実施することが可能である。その組成物はさらに、汚染制御機器における（たとえば、末端コーン領域における）断熱材料としても有用である。
【００１２】
本発明のさらなる態様においては、汚染制御要素、ハウジングおよび取付け材料を含む汚染制御機器を製造するための方法が提供される。その方法には以下の工程が含まれる：生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および任意成分の有機バインダーを含む取付け材料を調製する工程；ハウジングの中に汚染制御要素を置く工程；および、取付け材料を、ハウジングの少なくとも一部と汚染制御要素との間に位置させる工程。その取付け材料は、シート材料の形態であってもペーストの形態であってもよい。
【００１３】
上述の本発明についての概要は、本発明の開示実施態様の各々や、すべての実施を記述しようとしたものではない。図面および以下に記述する詳細な説明により、本発明のある種の実施態様が明らかとなるであろう。
【００１４】
以下において、添付の図面と関連づけて、本発明の各種の実施態様の詳細な説明を読むことによって、本発明がより完全に理解されるであろう。
【００１５】
本発明は、各種の修正および変更した形態とすることが容易であるので、その特性を図面に例示し、詳細に説明する。しかしながらこれらは、記述された特定の実施態様に本発明を限定しようと意図するものではないことは理解されたい。それとは逆に、本発明の趣旨と範囲に包含される、各種の修正、等価物、および代替物をすべて網羅することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の原理の理解を深める目的で、本発明の具体的な実施態様を以下に記述し、具体的な用語を用いて具体的な実施態様を記述する。しかしながら、具体的な用語を用いたからといって、本発明の範囲を限定しようとする意図があるわけではないということは理解されたい。変更、さらなる修正、および説明された本発明の原理のさらなる応用は、本発明が関わる当業者ならば当然に考えつくであろうと思われる。
【００１７】
本発明は、汚染制御機器における取付け材料として使用することが可能な組成物を目的としている。具体的には、その組成物には、生体溶解性繊維、繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、膨張性材料、および１種または複数の任意成分としてのバインダーが含まれる。その組成物は、たとえばペーストの形態であってもよいが、シート材料の形態であるのが好ましい。
【００１８】
その取付け材料組成物は、たとえば、汚染制御要素の脆いモノリス構造と汚染制御機器のハウジングとの間に使用することができる。すなわち、その組成物は、汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの隙間に配することができる。その組成物は、たとえばペーストまたはシート材料の形態であってよい。一つの実施態様においては、シート材料が取付け用マットの形態であって、それで、汚染制御要素の少なくとも一部の周りを包み込む。その包み込まれた汚染制御要素を、汚染制御機器のハウジングの中に置く。また別な実施態様においては、その組成物がペーストの形態である。そのようなペーストは、汚染制御機器の中の、汚染制御要素の少なくとも一部とハウジングとの間の隙間に、注入するかまたはその他の方法で挿入してもよい。たとえば、ペーストを予備成形（たとえば、型成形）して所望の隙間の形状としてから、それを隙間に挿入してもよい。
【００１９】
本発明の組成物はさらに、汚染制御機器の中で断熱材料として使用することも可能である。たとえば、その組成物を、汚染制御機器の入口または出口領域（すなわち、末端コーン領域）に位置させてもよい。たとえば、入口および／または出口領域はそれぞれ、内側末端コーンハウジングと、外側末端コーンハウジングによって画定され、本発明の組成物をその内側と外側の末端コーンハウジングの間に配置する。その組成物を、使用時に遭遇する高温から、排気系の残りの部分さらにはエンジンを断熱するのにも使用してよい。たとえば、排気パイプの一つまたは複数の部分を二重壁構成（すなわち、内壁および外壁）として、本発明の組成物をその二つの壁の間に配する。
【００２０】
組成物がシート材料の形態の場合には、そのシート材料を切断するかまたは他の方法で形を整えて、所望の、汚染制御機器のための取付け用マットまたは断熱成分（たとえば、末端コーン）を形成させることができる。別な方法として、その組成物を成形することにより、所望の中間形状または最終形状としてもよい。たとえば、本発明の組成物を成形して所望の最終寸法を有するフラットなシート材料とし、次いでそれを所望の最終形状に変形させてもよい。たとえば、成形したフラットな取付け用マットで汚染制御要素の周りを包み込んでから、それを汚染制御機器の中に取り付けてもよい。さらに、成形したフラットな末端コーン断熱シートで内側の末端コーンハウジングを包み込んでから、それを外側末端コーンハウジングの中に配置してもよい。
【００２１】
図１に、触媒コンバーター１０の形態とした、汚染制御機器の一例を示す。触媒コンバーター１０には一般に、触媒コンバーター要素２０を囲んでいるハウジング１１が含まれる。そのハウジング１１には入口１２と出口１３があり、それを通して、触媒コンバーター１０に排気ガスの流れがそれぞれ、流入および流出する。ハウジング１１は、缶またはケーシングとも呼ばれるが、当業者には公知の、そのような用途に適した材料から作ることができる。典型的にはハウジング１１には、１種または複数の金属、金属合金および／または金属間化合物組成物（以後、まとめて「金属」と呼ぶ）が含まれる。たとえば、ハウジング１１をステンレス鋼とすることができる。
【００２２】
モノリスと呼ばれることもある、適切な触媒コンバーター要素は当業者には公知であって、金属、金属酸化物、セラミック、またはその他の材料から作られたものが含まれる。多くの製造業者から、各種のセラミック触媒コンバーター要素が市販されている。たとえば、ハニカムセラミック触媒コンバーター要素がコーニング・インコーポレーテッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．）により商品名「セルコール（ＣＥＬＣＯＲ）」として上市されているし、他のものとしては、エヌ・ジー・ケー・インシュレーテッド・リミテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ．）により商品名「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」として上市されている。金属触媒コンバーター要素は、ドイツ国ローマル（Ｌｏｈｍａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）のエミテック・ＧｍｂＨ・アンド・カンパニー（Ｅｍｉｔｅｃ ＧｍｂＨ ａｎｄ Ｃｏ．）から市販されている。
【００２３】
慣用される実施方法に従えば、触媒コンバーター要素２０の上に１種または複数の触媒材料をコーティングすることができる。触媒コンバーター要素２０において使用される触媒は、典型的には、１種または複数の金属（たとえば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、および白金）および／または金属酸化物（たとえば、五酸化バナジウムおよび二酸化チタン）である。最も一般的には、それらの触媒は、排気ガスの汚染物質、たとえば一酸化炭素および炭化水素を酸化するか、またはその他の方法で除去する働きをする。そのような触媒はさらに、エンジン排気ガス中の窒素の酸化物の量を減少させる役目を果たすことも可能である。
【００２４】
大きな表面積を得るために、触媒コンバーター要素２０の実施態様には、極めて薄い壁を有している。その壁が薄いことが、触媒コンバーター要素２０が脆くなって、壊れやすい原因となっている。さらに、いくつかの実施態様においては、触媒コンバーター要素２０の熱膨張率がハウジング１１の熱膨張率よりも、約１桁小さいということもあり得る。ハウジング１１が金属（通常はステンレス鋼）であり、要素２０がセラミックであるような場合には、特にこのことが起きる。熱的な性質に差があることによって、温度の変化に伴って触媒コンバーター要素２０が破損を受ける危険性にさらされる。ハウジング１１と要素２０との間に配された、取付け用マットまたはシート材料３０が、たとえば道路からのショックおよび振動および／または熱膨張差から要素２０を保護するのに役立つ。取付け用マットまたはシート材料３０はさらに、排気ガスが要素２０と金属ハウジング１１の間を通り抜けるのを防ぐ役割も果たす。
【００２５】
図２に、ディーゼル排気微粒子フィルター４０の形態の汚染制御機器の代表例を示す。ディーゼル排気微粒子フィルターまたはトラップ４０は、束になった管または通路を有するモノリシック構造を有するハニカム化フィルター要素４２を含む、壁面流動フィルターである。そのようなディーゼル排気微粒子フィルター要素は、多くの製造業者、たとえばニューヨーク州カミング（Ｃｏｍｉｎｇ，ＮＹ）のカミング・インコーポレーテッド（Ｃｏｍｉｎｇ Ｉｎｃ．）および日本国名古屋のエヌ・ジー・ケー・インシュレーター・リミテッド（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｌｔｄ．）から市販されている。有用なディーゼル排気微粒子フィルター要素については、「セルラー・セラミック・ディーゼル・パーティキュレート・フィルター（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」（ハウイット（Ｈｏｗｉｔｔ）ら、ペーパーＮｏ．８１０１１４、エス・エー・イー・テクニカル・ペーパー・シリーズ（ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ）、１９８１年））に報告がある。
【００２６】
ディーゼル排気微粒子フィルター４０の上に搭載したフィルター構造４２の上に、触媒をコーティングしてもよい。ディーゼル排気微粒子フィルター４０には、入口４６および出口４８を有するハウジング４４が含まれる。ハウジング４４が、微粒子フィルター要素４２（モノリスまたはモノリシック構造とも呼ばれる）を囲んでいる。取付け用マットまたはシート材料５０が、フィルター要素４２と金属ハウジング４４との間に配されていて、図１の取付けシート３０と同様の効果をもたらしている。
【００２７】
比較的小さな耐火性セラミック繊維、すなわち、平均直径が約５〜６マイクロメートル未満で長さが約５マイクロメートルを超えるものが、汚染制御機器のための公知の取付け用マット組成物の重要な構成成分となっていた。しかしながら、このサイズ範囲の繊維は、呼吸で吸い込まれる可能性があり、多くの場合、生理学的流体、特に肺の流体中で耐久性がある。したがって、耐久性があり呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性セラミック繊維ではない、取付け材料組成物が望まれている。しかしながら、耐久性があり呼吸で吸い込まれる可能性がある耐火性セラミック繊維を用いることなく、たとえば汚染制御機器のための取付けマットのような、受容可能なシート材料を製造することは、大きな工学的課題であった。さらに、セラミック繊維組成物単独では、良好な耐高温性は有してはいるものの、適切な弾力性を有することができず、また、それ未満では膨張性構成成分によって充分な保持力が発生するような温度において、受容可能な耐久性を与えることが困難である。
【００２８】
本明細書で使用するとき、「繊維」という用語は、その幅または直径よりも大きな長さを有する材料を指す。いくつかの実施態様においては、その長さは、その幅または直径の少なくとも１０倍、少なくとも１００倍、または少なくとも１０００倍である。
【００２９】
本明細書で使用するとき、「呼吸で吸い込まれる可能性がある（ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」という用語は、動物によってその動物の肺にまで吸引されることが可能な繊維を指す。典型的には、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維は、約５マイクロメートル未満の平均直径を有する。いくつかの実施態様においては、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維は、約３マイクロメートル未満の平均直径を有する。逆に、本明細書で使用するとき、「呼吸で吸い込まれる可能性がない（ｎｏｎ−ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」という用語は、動物によってその動物の肺にまで吸引されることが不可能な繊維を指す。典型的には、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維は、少なくとも約３マイクロメートルの平均直径を有する。いくつかの実施態様においては、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維は、少なくとも約５マイクロメートルの平均直径を有する。
【００３０】
Ｉ．組成物
本発明の組成物には複数の構成成分が含まれていて、得られる製品に所望の特性を与えている。さらに、本発明の組成物は構造的な形状を有していて、それが、得られる製品に所望の特性をさらに与えている。組成物の構成成分および構造的な形状について、以下に説明する。
【００３１】
Ａ．組成物の構成成分
本発明の組成物には、膨張性材料、生体溶解性繊維、加熱処理シリカ繊維が含まれ、さらに、１種または複数の任意成分としての繊維、バインダーおよびその他の添加物が含まれていてもよい。それぞれのタイプの構成成分について、以下に説明する。
【００３２】
１．膨張性材料
本発明の組成物には、１種または複数の膨張性材料が含まれる。１種または複数の膨張性材料を含む組成物は、加熱されると膨張することができ、取付け材料として用いた場合、典型的には、汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの間に充分な圧力を与えて、支持的で保護的なシールを形成することができる。いくつかの実施態様においては、そのような組成物は弾性的に圧縮可能な状態にとどまっていて、物理的ショックに対して、その汚染制御要素にとってクッションの役目を果たすことができる。
【００３３】
好適な膨張性材料としては以下のものが挙げられる：未膨張のバーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、水膨潤性合成テトラケイ酸フッ素（ｔｅｔｒａｓｉｌｉｃｉｃ ｆｌｕｏｒｉｎｅ）タイプの雲母（米国特許第３，００１，５７１号明細書（ハッチ（Ｈａｔｃｈ））に記載）、ケイ酸アルカリ金属顆粒（たとえば、米国特許第４，５２１，３３３号明細書（グラハム（Ｇｒａｈａｍ）ら）に記載されているようなもの）、膨張性グラファイト、それらの組合せなど。その他好適な膨張性材料としては、たとえばスリー・エム（３Ｍ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））から商品名「エクスパントロール（ＥＸＰＡＮＴＲＯＬ）４ＢＷ」として販売されている顆粒が挙げられる。それらの膨張性材料のいくつかは、約２００℃または約３００℃超の温度に加熱した場合、厚み方向に１０パーセントを超える自由膨張を示すことができる。さらに、それらの膨張性材料のいくつかは、加熱した場合に、約５０パーセントを超える自由膨張を示すことができる。
【００３４】
本発明において使用される膨張性材料は、約３００マイクロメートル（μｍ）を超える平均粒径を有しているのが好ましい。いくつかの実施態様においては、膨張性材料の一部が、３００μｍ未満ではあるが１５０μｍを超える粒径を有していてもよい（すなわち、それらの粒子は１００メッシュのスクリーンを通過しない）。典型的には、膨張性材料は、約３００μｍより大きく約２０００μｍまでの範囲の平均粒径を有している。一つの望ましい実施態様においては、本発明において使用される膨張性材料が、約３００μｍより大きく約８００μｍまでの範囲の平均粒径を有している。
【００３５】
組成物中に含まれる膨張性材料の量は、広い範囲で変化させることができる。典型的には、膨張性材料は組成物中に、組成物の全乾燥重量を基準にして、約８０ｗｔ％（ｐｂｗ）まで（または、約７０、６０、５０、４０、３０、２０、もしくは１０ｐｂｗまで）の量で存在させる。一つの例示的な実施態様においては、組成物に、その組成物の全乾燥重量を基準にして０超〜約８０ｐｂｗまで、約１０〜約７０ｐｂｗ、約２５〜約６０ｐｂｗ、または約３５〜約５０ｐｂｗの１種または複数の膨張性材料が含まれる。
【００３６】
２．繊維
本発明の組成物には、以下において説明するような１種または複数のタイプの繊維が含まれる。
【００３７】
ａ．生体溶解性繊維
本発明の組成物には生体溶解性繊維が含まれる。本明細書で使用するとき、「生体溶解性繊維（ｂｉｏｓｏｌｕｂｌｅ ｆｉｂｅｒ）」という用語は、生理学的媒体または模擬的な生理学的媒体の中で分解すること可能な繊維を指す。生理学的媒体としては、典型的には気道、たとえば動物またはヒトの肺に見出される体液のようなものが挙げられるが、これに限定される訳ではない。本明細書で使用するとき、「耐久性がある（ｄｕｒａｂｌｅ）」という用語は、生体溶解性ではない繊維を指す。
【００３８】
生体溶解性は、繊維を試験動物に直接植え込んで観察するか、あるいは、繊維に暴露されたことがある動物またはヒトを検査することによって、評価することができる。生体溶解性はさらに、模擬的な生理学的媒体たとえば生理食塩液、緩衝生理食塩液などの中で、時間の関数として繊維の溶解性を測定することによっても評価することができる。溶解性を測定するそのような方法の一つが、米国特許第５，８７４，３７５号明細書（ゾイタス（Ｚｏｉｔａｓ）ら）に記載されている。
【００３９】
典型的には、生体溶解性繊維は、約１年以内に生理学的媒体の中に溶解するか、実質的に溶解する。本明細書で使用するとき、「実質的に溶解する」という用語は、少なくとも約７５ｗｔ％が溶解する繊維を指す。いくつかの実施態様においては、約６ヶ月以内に、繊維の少なくとも約５０％が生理学的媒体の中に溶解する。また別な実施態様においては、約３ヶ月以内に、繊維の少なくとも約５０％が生理学的流体の中に溶解する。さらにまた別な実施態様においては、少なくとも約４０日以内に、生体溶解性繊維の少なくとも約５０％が生理学的流体の中に溶解する。たとえば、繊維は、ラットにおいて、気管内に点滴注入した後に、高温断熱繊維の生体残留性（ｂｉｏｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ）試験に合格するかどうか（すなわち、その繊維の半減期が４０日未満である）のフラウンホーファー・インスティチュート（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ）によって証明することができる。
【００４０】
繊維の生体溶解性を評価するためのさらに別なアプローチ方法としては、繊維の組成を基準としたものがある。たとえば、ドイツ国では、発ガン性指数（ｃａｒｃｉｎｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ、ＫＩ値（ＫＩ ｖａｌｕｅ））を基準にして、呼吸で吸い込まれる可能性がある無機酸化物繊維を分類している。ＫＩ値は、無機酸化物繊維の中のアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物のｗｔ％を合計したものから、酸化アルミニウムのｗｔ％を２倍したものを引き算することにより計算する。生体溶解性である無機繊維は、典型的には、約４０以上のＫＩ値を有している。
【００４１】
本発明の一つの望ましい実施態様においては、生体溶解性繊維には生体溶解性無機繊維が含まれる。本発明において使用するのに適した生体溶解性無機繊維には、典型的には、シリカと併せて、無機酸化物たとえば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ、またはそれらの組合せが含まれるが、これらに限定される訳ではない。生体溶解性無機繊維の中にはその他の金属酸化物やその他のセラミック構成成分が含まれていてもよいが、ただし、それらの構成成分自体は所望の溶解性は有していないが、存在量が充分に低く、そのため繊維が全体として、生理学的媒体の中で依然として分解可能であるという条件下においてである。そのような金属酸化物としては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｂ2Ｏ3、および酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機繊維にはさらに、その繊維が生理学的媒体または模擬的な生理学的媒体の中で分解可能であるというレベルで、金属構成成分が含まれていてもよい。
【００４２】
一つの実施態様においては、生体溶解性無機繊維には、シリカ、マグネシウム、およびカルシウムの酸化物が含まれる。これらのタイプの繊維は、典型的にはケイ酸マグネシウムカルシウム繊維と呼ばれる。ケイ酸マグネシウムカルシウム繊維には通常、約１０ｗｔ％未満の酸化アルミニウムが含まれる。いくつかの実施態様においては、その繊維には、約４５〜約９０ｗｔ％のＳｉＯ2、約４５ｗｔ％までのＣａＯ、約３５ｗｔ％までのＭｇＯ、および約１０ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれる。たとえば、その繊維には、約５５〜約７５ｗｔ％のＳｉＯ2、約２５〜約４５ｗｔ％のＣａＯ、約１〜約１０ｗｔ％のＭｇＯ、および約５ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれていてもよい。
【００４３】
さらなる実施態様においては、その生体溶解性無機繊維にシリカおよびマグネシアの酸化物が含まれる。これらのタイプの繊維は、典型的にはケイ酸マグネシウム繊維と呼ばれる。そのケイ酸マグネシウム繊維には通常、約６０〜約９０ｗｔ％のＳｉＯ2、約３５ｗｔ％までのＭｇＯ（典型的には、約１５〜約３０ｗｔ％のＭｇＯ）、および約５ｗｔ％未満のＡｌ2Ｏ3が含まれる。たとえば、その繊維には、約７０〜約８０ｗｔ％のＳｉＯ2、約１８〜約２７ｗｔ％のＭｇＯ、および約４ｗｔ％未満の他の微量元素が含まれていてもよい。
【００４４】
好適な生体溶解性無機酸化物繊維は、下記の特許に記載されている：米国特許第５，３３２，６９９号明細書（オールズ（Ｏｌｄｓ）ら）；米国特許第５，５８５，３１２号明細書（テン・アイク（Ｔｅｎ Ｅｙｃｋ）ら）；米国特許第５，７１４，４２１号明細書（オールズ（Ｏｌｄｓ）ら）；米国特許第５，８７４，３７５号明細書（ゾイタス（Ｚｏｉｔａｓ）ら）；および欧州特許出願第０２０７８１０３．５号明細書（出願日２００２年７月３１日）。生体溶解性無機繊維を形成するためには各種の方法が使用でき、そのような方法としてはたとえば、ゾルゲル形成法、結晶成長法、溶融成形法たとえば紡糸またはブロー成形などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００４５】
生体溶解性繊維は、ユニフラックス・コーポレーション（Ｕｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ニューヨーク州ナイヤガラ・フォールズ（Ｎｉａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ，ＮＹ））から、商品名「アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）」および「インサルフラックス（ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ）」として市販されている。その他の生体溶解性繊維が、サーマル・セラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）（所在地、ジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））から、商品名「スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）」として販売されている。たとえば、スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７には、６０〜７０ｗｔ％のＳｉＯ2、２５〜３５ｗｔ％のＣａＯ、４〜７ｗｔ％のＭｇＯ、および微量のＡｌ2Ｏ3が含まれている。スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７ＭＡＸは、すこし高めの温度で使用することが可能であり、それには、６０〜７０ｗｔ％のＳｉＯ2、１６〜２２ｗｔ％のＣａＯ、１２〜１９ｗｔ％のＭｇＯ、および微量のＡｌ2Ｏ3が含まれている。
【００４６】
本発明において使用するのに好適な生体溶解性無機繊維は、広い範囲の平均直径および平均長さをとることができる。平均繊維直径が約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の生体溶解性無機繊維が市販されている。いくつかの実施態様においては、生体溶解性無機繊維が約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの範囲の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維である）。生体溶解性無機繊維の平均直径が小さくなるにつれて、一定の容積のシート材料の中に組み入れられる繊維の量が増加していく。繊維の密度が高くなるようにして調製したシート材料ほど、弾力性と屈曲性に優れている傾向がある。別な実施態様においては、その生体溶解性無機繊維が約３．０マイクロメートル超、あるいは約５マイクロメートル超の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である）。さらに他の実施態様においては、所定の組成物を形成するのに使用される生体溶解性無機繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維と、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維との混合物を含む。
【００４７】
生体溶解性無機繊維は、典型的には、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均繊維長さを有している。一般的に、生体溶解性無機繊維の長さはさほど重要ではないが、それは、選択されたいかなる繊維も、製造プロセスの過程で、所望により破断させてより短いものとすることが可能であるからである。
【００４８】
本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、少なくとも約１０ｗｔ％、そして多くとも９０ｗｔ％の生体溶解性繊維を含んでいるのが望ましい。典型的には、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１６〜約８０ｗｔ％（または約２０〜約８０ｗｔ％、約３０〜約６０ｗｔ％、約４０〜約５０ｗｔ％）の生体溶解性繊維を含む。一つの望ましい実施態様においては、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約２０〜約６０ｗｔ％の生体溶解性繊維を含む。
【００４９】
ｂ．加熱処理シリカ繊維
本発明の組成物にはさらに、加熱処理シリカ繊維が含まれる。本明細書で使用するとき、「加熱処理シリカ繊維」という用語は、（ｉ）繊維の全重量を基準にして、約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）より高いシリカ含量を有し、そして（ｉｉ）少なくとも約４００℃の加熱処理温度に少なくとも約５分間の熱処理時間をかけて繊維を暴露させることを含む熱処理に暴露させた、シリカ繊維を指す。本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗより多く、最高９９．９ｐｂｗものシリカを含んでいてもよい。典型的には、加熱処理シリカ繊維には、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗより多く、最高９５．０ｐｂｗものシリカを含む。一つの望ましい実施態様においては、本発明の加熱処理シリカ繊維には、繊維の全重量を基準にして、約９２．０ｐｂｗ〜約９５．０ｐｂｗのシリカと約８．０ｐｂｗ〜約５．０ｐｂｗのアルミナとが含まれる。
【００５０】
さらに、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、少なくとも約４００℃または５００℃（あるいは、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃もしくは１０００℃、またはそれ以上）の加熱処理温度で、少なくとも約５分間（１０分間、１５分間、２０分間、２５分間、３０分間、もしくは５分刻みで約６０分間まで、またはそれ以上）の加熱処理時間をかけて繊維を暴露することにより、加熱処理してもよい。一つの例示的実施態様においては、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、（ｉ）繊維を、室温から約６００℃〜約１１００℃の範囲の最高加熱処理温度まで加熱し、（ｉｉ）その最大加熱処理温度で約５〜約６０分間（より典型的には約６０分間）の加熱処理時間維持し、そして、（ｉｉｉ）その繊維を放冷して室温とする、ことにより加熱処理する。一つの望ましい実施態様においては、本発明において使用される加熱処理シリカ繊維は、（ｉ）繊維を、室温から少なくとも約８５０℃（望ましくは約８５０℃〜約１０５０℃）の最高加熱処理温度まで加熱し、（ｉｉ）その最高加熱処理温度で少なくとも約６０分間（典型的には約６０分間）の加熱処理時間維持し、そして（ｉｉｉ）その繊維を放冷して室温とする、ことにより加熱処理する。
【００５１】
膨張性材料と上述の生体溶解性繊維とだけを含む（すなわち、加熱処理シリカ繊維は含まない）組成物は、取付け材料として使用したときに、高温（すなわち、約６００℃〜約９５０℃）における所望の取付け性能を示すことが可能であるが、その組成物は、中間的な温度（すなわち、約４００℃〜約６００℃）および低温（すなわち、約４００℃未満）では、同じような性能を示さない、ということが見出された。加熱処理シリカ繊維を加えることによって、中間的な温度および低温であっても、汚染制御機器の内部における汚染制御要素の位置を保持する、その組成物の性能が改良されることが見出されたが、これについては以下の実施例で示す。
【００５２】
加熱処理シリカ繊維を形成させるためには各種の方法が利用できるが、そのようなものとしては、浸出法たとえば、米国特許第２，６２４，６５８号明細書、米国特許第２，７１８，４６１号明細書、および米国特許第６，４６８，９３２号明細書に開示されている方法；および加熱処理法、たとえば米国特許第３，４９８，７７４号明細書、および米国特許第４，０３８，２１４号明細書に開示されている方法などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない（これらの特許のすべての主題は、そのすべてを参照により本明細書に援用する）。
【００５３】
加熱処理された高シリカ含量繊維の例としては、ヒトコ・カーボン・コンポジッツ・インコーポレーテッド（Ｈｉｔｃｏ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｉｎｃ．）（カリフォルニア州ガーディーナ（Ｇａｒｄｅｎａ，ＣＡ））から、商品名レフラジル（ＲＥＦＲＡＳＩＬ）（登録商標）、およびベルケム・ファイバー・マテリアルズ・ＧｍｂＨ（ｂｅｌＣｈｅｍ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ）（独国フライベルク（Ｆｒｅｉｂｅｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ））から商品名ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）として市販されているものがある。たとえば、レフラジル（ＲＥＦＲＡＳＩＬ）（登録商標）Ｆ１００繊維には約９６〜９９ｗｔ％のＳｉＯ2が含まれているのに対して、ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）繊維には約９４．５ｗｔ％のＳｉＯ2が含まれている。
【００５４】
本発明において使用するのに好適な加熱処理シリカ繊維は、広い範囲の平均直径および平均長さをとることができる。平均繊維直径が約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の加熱処理シリカ繊維が市販されている。いくつかの実施態様においては、その加熱処理シリカ繊維は、約５．０マイクロメートル〜約１０．０マイクロメートルの平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である）。しかしながら、別な実施態様においては、その加熱処理シリカ繊維が約５．０マイクロメートル未満の範囲の平均繊維直径を有している（すなわち、その繊維は呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維である）。加熱処理シリカ繊維の平均直径が小さくなるにつれて、一定の容積のシート材料の中に組み入れられる繊維の量が増加していく。繊維の密度が高くなるようにして調製したシート材料ほど、弾力性と屈曲性に優れている傾向がある。さらに他の実施態様においては、所定の組成物を形成するのに使用される加熱処理シリカ繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維と、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維との混合物を含む。
【００５５】
加熱処理シリカ繊維は、典型的には、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均繊維長さを有している。一般的に、加熱処理シリカ繊維の長さはさほど重要ではないが、それは、選択されたいかなる繊維も、製造プロセスの過程で、所望により破断させてより短いものとすることが可能であるからである。
【００５６】
本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、０ｗｔ％を超え、９９ｗｔ％までの加熱処理シリカ繊維を含む。典型的には、その組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、少なくとも約４．０ｗｔ％で多くとも９０ｗｔ％（または、約１０〜約９０ｗｔ％、約２０〜約８０ｗｔ％、約３０〜約６０ｗｔ％、約４０〜約５０ｗｔ％）の加熱処理シリカ繊維を含む。本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、望ましくは約５．０〜約４０ｗｔ％、より望ましくは約８．０〜約２０ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維を含む。
【００５７】
ｃ．任意成分の追加の繊維
組成物には場合によっては、上述の繊維に加えてその他の無機繊維が含まれていてもよい。存在させるならば、その追加の無機繊維が呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維であるのが望ましいが、呼吸で吸い込まれる可能性がある繊維を追加として使用することも可能ではある。好適な追加の繊維としては、セラミック材料たとえば、セラミック酸化物、セラミック窒化物、ガラス材料、またはそれらの組合せから形成された繊維が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。本明細書で使用するとき、「ガラス」という用語は、結晶相の明確な線や他の徴候が少なくとも実質的に存在しない、ぼやけたＸ線回折パターンを有する酸化物のような、非晶質の無機材料を指す。
【００５８】
追加の無機繊維を存在させる場合、組成物中に組み入れるその量は、広い範囲で変化させることができる。典型的には、本発明の組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１５ｗｔ％までの追加の無機繊維を含んでいてもよい。いくつかの実施態様においては、その組成物には、組成物の全乾燥重量を基準にして、約１０ｗｔ％まで、約５ｗｔ％まで、または約３ｗｔ％までの追加の無機繊維を含んでいる。
【００５９】
追加の無機繊維は、上述の生体溶解性繊維および加熱処理シリカ繊維の繊維長さと同程度の繊維長さを有していてもよい。望む供給源から追加の無機繊維を入手したときに、それが所望の長さよりも長かったような場合には、繊維を刻んだり、切断したり、あるいはその他の方法で、所望の繊維長さにまで短くすることができる。追加の無機繊維は、典型的には、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍの範囲の平均長さを有する。
【００６０】
３．バインダー
本発明の組成物には、１種または複数のバインダーが含まれていてもよい。好適なバインダーとしては有機バインダーが挙げられるが、無機バインダーまたはそれらの組合せが含まれていてもよい。
【００６１】
本発明の一つの例示的な実施態様においては、組成物に、１種または複数のポリマーまたは有機バインダーを含む。そのようなバインダーを使用することにより、その組成物の成形時および取扱時における弾力性および屈曲性を向上させることができる。たとえば、組成物がシート材料たとえば汚染制御機器のための取付け用マットの形状である場合には、汚染制御要素のまわりをその取付け用マットで、より容易に包み込むことができる。そのような機器において遭遇する操作温度では、典型的には、有機成分は分解するか、燃え尽きるか、あるいはその他の形で消失する。したがって、その有機成分は典型的には、組成物の恒久的構成成分というよりは、一時的な成分である。
【００６２】
その取付け用マットが湿式レイド法または改良製紙法を用いて製造されている場合には、ポリマー系またはその他の有機バインダーが特に有用であるが、乾式レイド法で製造されたマットでも、そのようなバインダーを組み入れればメリットがある。１種または複数の有機バインダーを、マットの本体の中に組み入れてもよいし、および／またはマットのためのコーティングとして使用してもよい。マットには、極めて少量の有機バインダー（１ｗｔ％未満）を含んでいてもよいし、有機バインダーをまったく含んでいなくてもよい。
【００６３】
好適なポリマーバインダーは熱可塑性であっても熱硬化性であってもよく、また、各種の形態の固形物として使用してもよいし、あるいは固形分含量１００パーセントの組成物を含む液状物、溶液、分散液、ラテックス、エマルション、それらの組合せなどとして使用してもよい。いくつかの実施態様においては、そのポリマーバインダーがエラストマーである。好適なポリマーとしては以下のようなものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：天然ゴム、スチレンおよびブタジエンを含めた２種以上の共重合性化学種のコポリマー、ブタジエンおよびアクリロニトリルを含めた２種以上の共重合性化学種のコポリマー、（メタ）アクリレートポリマーおよびコポリマー、ポリウレタン、シリコーン、ポリエステル、ポリアミド、セルロース系ポリマー、その他のエラストマーポリマー、またはそれらの組合せ。
【００６４】
組成物には、乾燥重量基準で、約０．１〜約１５ｗｔ％、約０．５〜約１２ｗｔ％、または約１〜約１０ｗｔ％の有機バインダーが含まれていてよい。
【００６５】
いくつかの実施態様においては、そのポリマーバインダーが、アクリル含有および／またはメタクリレート含有ラテックス組成物である。そのようなラテックス組成物は、クリーンに燃焼して、望ましくない量の毒性または腐食性の副生物を発生しない傾向がある。好適なアクリル系エマルションの例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ）（ペンシルバニア州フィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）から商品名「ロープレックス（ＲＨＯＰＬＥＸ）ＨＡ−８」（固形分４４．５ｗｔ％の、アクリル系コポリマーの水性エマルション）として市販されているもの、およびエア・プロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ペンシルバニア州アレンタウン（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ））から商品名「エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ」（固形分５５％のエチレン酢酸ビニルコポリマー）として市販されているもの。
【００６６】
搭載された汚染制御要素（たとえば、モノリシック触媒要素またはキャリヤー）を、その汚染制御機器（たとえば、触媒コンバーター）の長さ方向の軸に沿って移動させるのに必要な力の大きさは、その汚染制御要素の上の取付け用マットによって発揮される保持力に直接関連する。本発明の取付け用マットの配合を用いた場合、その汚染制御機器の高い操作温度で容易には燃えないようなバインダー（たとえば、シリコーンラテックスバインダー）を、その温度で容易に燃焼するバインダー（たとえば、アクリル系ラテックスバインダー）に代えて使用することによって、取付け用マットによって発揮される保持力が顕著に増大する。このような方法によって、その要素を軸に沿って移動させるのに必要となる力の大きさを顕著に増やすことが可能である。
【００６７】
いかなる理論にも必然的に拘束されることを望むものではないが、この挙動における違いは、少なくとも部分的には、高温に暴露させたときに、ほとんどが燃え尽きてしまうラテックスバインダーの場合よりも、シリコーンバインダーを用いると、シリコーンが固体のＳｉＯ2となることが可能であるために、その重量損失が少なくてすむことの結果であろうと考えられる。さらに、典型的には、シリコーンバインダーを燃焼させるには、より高い温度が必要である。たとえば、シリコーンラテックスバインダーは一般に約２００℃までは安定であるが、アクリル系ラテックスバインダーは一般に約１５０℃までしか安定でない。取付け材料の損失が少ないので、汚染制御機器を運転した後では、典型的には、その取付け材料が原因の圧力損失がより少ない。
【００６８】
たとえば、空気中またはＮ2ガス雰囲気のいずれにおいても、高温に暴露させると、ダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）のＤＣ８５シリコーンバインダーは、エアフレックス（Ａｉｒｆｌｅｘ）６００ＢＰアクリル系ラテックスバインダーよりもずっと後に燃え尽きるということが見出された。ディーゼルエンジン用途およびいくつかの直接噴射ガソリンエンジン用途においては、取付け用マットバインダーは、典型的には、約２００℃〜約３００℃の範囲の操作温度に暴露される。そのような比較的低い温度では、有機バインダー、特にシリコーンバインダーの燃焼／分解はかなり遅い。シリコーンバインダーの少なくとも約３０％までが、その取付け材料の中に残り（すなわち、燃え尽きない）、そのためにバインダーの損失が原因の体積減少がすくなくなることが見出された。
【００６９】
ポリマー繊維もまた、取扱い性、屈曲性、弾力性、またはそれらの性質を組み合わせて改良するための、組成物の中のバインダー構成成分として使用することもできる。その組成物がシート材料の形態の場合、ポリマー繊維は、そのシート材料の加工性を向上させ、湿時強度を改良する傾向がある。ポリマーバインダーの場合と同様に、ポリマー繊維も、その組成物を汚染制御機器において使用した場合には、１回または複数の加熱サイクルの後には燃え尽きる（すなわち、分解するかまたは消失する）傾向がある。
【００７０】
ポリマー繊維は、ポリマーバインダーに関して先に述べた各種のポリマーから形成させることができる。組成物には、乾燥重量基準で、約５ｗｔ％までのポリマー繊維が含まれていてもよい。いくつかの実施態様においては、組成物には約２ｗｔ％まで、または約１ｗｔ％までのポリマー繊維が含まれる。たとえば、組成物には乾燥重量基準で、約０．１〜約２ｗｔ％、または約０．２〜約１．０ｗｔ％のポリマー繊維が含まれていてもよい。そのポリマー繊維は、ステープル繊維であってもよいし、あるいはフィブリル化繊維であってもよい。一つの実施態様においては、そのポリマー繊維が、約０．５〜約５デニールの範囲のステープル繊維である。
【００７１】
好適なポリマーバインダーを単独で使用してもよいし、あるいは、追加の構成成分と組み合わせて使用してもよい。追加の構成成分としては、モノマー、可塑剤、充填剤、粘着付与剤、界面活性剤、またはその他の変性剤が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００７２】
好適な無機バインダー材料としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：コロイド粒子；スリー・エム・イノベーティブ・プロパティーズ・カンパニー（３Ｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））に譲渡された国際公開第０３／０３１３６８号パンフレットに開示されているような無機マイカ系バインダー（その特許の主題のすべてを、参照により本明細書に援用する）；およびアール・ティー・ヴァンダービルト・カンパニー・インコーポレーテッド（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．）（コネチカット州ノーウォーク（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ））から市販されている、ディキシー・クレー（ＤＩＸＩＥ ＣＬＡＹ）（登録商標）製品。本発明の組成物中に存在させる場合には、国際公開第０３／０３１３６８号パンフレットに記載のマイカ系バインダーは、マットの全乾燥重量を基準にして、約５．０ｗｔ％未満の量で存在させる。典型的には、マイカ系バインダーは、マットの全乾燥重量を基準にして、約２．０ｗｔ％未満または１．０ｗｔ％未満の量で存在させる。本発明のほとんどの実施態様においては、その組成物にはマイカ系バインダー材料を全く含まない。
【００７３】
４．添加物
本発明のマットには、得られた製品に所望の特性を付与するための、１種または複数の添加物が含まれていてもよい。好適な添加物としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない：可塑剤、湿潤剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、クレー、軽量充填剤、耐火性充填剤、金属繊維、またはそれらの組合せ。
【００７４】
いくつかの実施態様においては、その組成物がシート材料の形態であり、そのシート材料には、そのシート材料のエッジへのエロージョンを最小とするためのエッジ保護材が含まれる。そのようなエロージョンは、そのシート材料を汚染制御機器に使用した場合なら、たとえば排気ガスが原因となりうる。好適なエッジ保護材としては、たとえば、シートのエッジの上に設けた金属製金網や、米国特許第６，２４５，３０１号明細書（ストルーム（Ｓｔｒｏｏｍ）ら）に開示されているような、バインダーとガラスの混合物を挙げることができる。当業者公知のその他のエッジ保護材を使用することもできる。
【００７５】
Ｂ．組成物の構造的な形状
上述の本発明における組成物の構成成分は、単一のシートの形状としてもよいし、あるいは、多層物品の１層または複数の層を形成していてもよい。本発明の一つの望ましい実施態様においては、その組成物が、１種または複数の上述の組成物構成成分を含む、単一のシート材料の形態である。単一のシート材料として存在させる場合には、その組成物は、典型的には、約１０ｃｍ（４インチ）まで、より典型的には約４ｃｍ（１．５７インチ）までの平均シート厚みを有している。
【００７６】
本発明の他の実施態様においては、その組成物を、２層以上の明白な層を含む多層構成の形態とすることも可能である。それぞれの層は独立して、類似の組成を有するか、あるいは他の層、コーティング、膜、または各種その他の層とは異なったシート組成を有するシート材料の形態であってもよい。一つの例示的な実施態様においては、その多層物品には、上述の組成物構成成分の１種または複数またはすべてを含む第一のシート材料と、その第一のシート材料に貼り付けられた第二のシート材料とが含まれ、ここで、その第二のシート材料には、セラミック繊維（たとえば、多結晶セラミック繊維など）またはガラス繊維（たとえば、Ｓ２ガラス繊維、Ｒガラス繊維、Ｅガラス繊維など）の不織マットまたは層が含まれる。特に、その第一のシート材料が高温に暴露されるような場合（たとえば、その汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が約９００℃を超えるような場合）には、セラミック繊維の層を、汚染制御要素（たとえば、触媒要素）と第一のシート材料との間に位置させるのが望ましい。このようにすることで、セラミック繊維の層が、第一のシート材料を断熱して、有害な高温（たとえば、膨張性材料が繰り返して膨張できる性能を破壊するような温度）に暴露されることから保護することができる。さらに、特にその第一のシート材料が比較的低い温度に暴露されるような場合（たとえば、汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が約６００℃未満であるような場合）には、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層を、第一のシート材料と汚染制御機器のハウジングとの間に位置するようにさせるのが望ましい。このようにすることで、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層が、第一のシート材料の温度を充分高く保って、その第一のシート材料の中の膨張性材料が少なくとも部分的に活性化される（すなわち、膨張する）様に機能することが可能となる。別な方法として、第一のシート材料が第二のシート材料の層の間に挟み込まれているのも望ましい。たとえば、セラミック繊維の層を汚染制御要素（たとえば、触媒要素）と第一のシート材料との間に位置させることができるし、また、ガラス繊維および／またはセラミック繊維の層を第一のシート材料と汚染制御機器のハウジングとの間に位置させることもできる。そのようなサンドイッチ構成は、第一のシート材料が比較的中間的な温度に暴露される場合（たとえば、汚染制御機器の中に入ってくるガスの温度が、約６００℃〜約９００℃の範囲であるような場合）には望ましいものとなるであろう。
【００７７】
本発明の別な実施態様においては、三次元形状を有する物体に組成物を成形することもできる。三次元形状を有する好適な物体としては、押出し物品、ダイキャスト物品、および金型成形物品などが挙げられるが、これらに限定される訳ではない。
【００７８】
ＩＩ．組成物を製造するための方法
本発明はさらに、上述の組成物を製造するための方法も目的としている。組成物は、各種の慣用される製作技術により形成させることが可能である。代表的な一つの製作方法としては、上述の組成物の個々のシートを成形することが挙げられる。シート材料の複数の層を、必要があれば接着剤材料（または、存在させるのならば、ポリマーバインダー材料）を使用して、交互に積層してもよい。多層シート材料は、米国特許第５，８５３，６７５号明細書（ハワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））の記載に従って、成形することも可能である。別な方法として、米国特許第６，０５１，１９３号明細書（ランガー（Ｌａｎｇｅｒ）ら）の記載に従って、それらの層を互いの上に積み重ねていくことにより成形することも可能である。
【００７９】
本発明の組成物から調製されたシート材料は、たとえば、製紙プロセスのような各種適切な技術などを使用して、成形することができる。製紙で使用される方法の一つの実施態様においては、バインダー材料を水に添加することによって、無機またはポリマーバインダーを調製する。その濃度と温度はいずれも、広い範囲で変化させることができる。いくつかの実施態様においては、温水、たとえば温度約３０℃〜約７５℃の水を使用して、スラリーを調製する。たとえば、その水の温度は約３５℃〜約４５℃とすることもできる。
【００８０】
バインダー材料に水を添加して、希釈したスラリーを調製することも可能である。生体溶解性繊維および加熱処理シリカ繊維をそのスラリーに添加することができる。そのバインダー材料と繊維とを分散させるためには、いかなる剪断力をかけてもよい。いくつかの実施態様においては、低〜中程度の剪断力を、比較的短時間たとえば、１秒〜１０分間、または約３〜８０秒間かけて、繊維を分散させることができる。スラリーを中程度の速度で混合して、固形成分を懸濁状態に保ってもよい。他の成分、たとえば消泡剤およびポリマーバインダーを添加することもできる。
【００８１】
たとえば酸性化剤のような、適切な凝固剤を添加することもできる。他の凝固剤、たとえば塩基の手段により凝固を起こさせるものを、慣用される方法に従って使用してもよい。凝固の際には、典型的には、（存在すれば）ポリマーバインダーのより大きな粒子が形成される。組成物中に存在する粒子状物質はいずれも、バインダーに結合して、繊維マトリックスの中にトラップされる傾向がある。すなわち、粒子状物質が、濾過のために使用されるスクリーンの目詰まりを起こすことはない。粒子状物質を繊維マトリックスに結合させることにより、スラリーからの水の抜き出しが容易となり、シート材料を調製するために必要な加工時間を短縮することが可能となる。
【００８２】
膨張性材料（望ましくは、平均粒径が約３００マイクロメートルより大のもの）は典型的には、凝固の後に添加する。添加順を特にこのようにすることで、スラリー中での固形物の分散やスラリーからの水の除去が容易とすることができる。しかしながら、この添加順は絶対というほどのものではなく、他の添加順も可能である。
【００８３】
得られたスラリー組成物は、適切なスクリーンの上にキャスティングし、水を切り、加圧することができる。別な方法として、スラリーをワイヤメッシュまたはスクリーンの上に真空キャスティングすることによって層を形成させることもできる。得られた加圧シート材料を、各種適切な方法たとえば、空気乾燥またはオーブン乾燥により乾燥させることができる。採用可能な、標準的な製紙技術についての詳細は、たとえば、米国特許第３，４５８，３２９号明細書（オーエンス（Ｏｗｅｎｓ）ら）を参照されたい。
【００８４】
シート材料を切断して、所望の形状、たとえば、取付け用マットとしての使用、または汚染制御機器の末端コーン領域における熱バリヤー（すなわち、断熱材料）としての使用に適した形状とすることができる。切断は、たとえば打抜きプロセスにより実施することができる。本発明の組成物から調製されたシート材料は、再現性よく切断されて、厳しい寸法公差を満たすことができる。それらのシート材料は、好適な取扱い特性を示すことが可能であり、手の中で砕けるほどには脆くない。たとえば、それらのシート材料は、ばらばらになることなく、汚染制御要素のまわりに容易かつしなやかに沿わせることが可能で、汚染制御機器の中で、弾力性があり、保護作用を有する担持的シールを形成する。
【００８５】
本発明の組成物はさらに、ペーストの形状で調製することも可能である。ペーストを調製するためには、典型的には、全固形分を約３０パーセントより高くする。いくつかの実施態様においては、固形分が約３０〜約６０パーセントである。ペーストは、典型的には、たとえば汚染制御要素と汚染制御機器のハウジングとの間の隙間に注入することが可能であるような、稠度と粘度とを有している。米国特許第５，７３６，１０９号明細書（ハワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））に、ペーストを製造するために適したプロセスの記載がある。最初にスラリーを形成させ、次いでその水の幾分かを除去して固形分パーセントを上げることによって、ペーストを形成させることも可能である。さらに、そのペーストを使用して、シート材料や三次元物体を形成させることも可能である。シート材料または三次元物体を形成させるためには、その組成物を、三次元ダイにキャスティングするか、金型注入するか、またはダイを通して押出し加工する。
【００８６】
本発明のさらなる実施態様においては、組成物が上述の膨張性材料と共に、ドライレイされる。
【００８７】
公知の技術を用いて、シート材料の形態の中の１層または複数の単一層の組成物を他の同一、類似または異なった層と組み合わせて、多層物品を形成させてもよい。たとえば、そのシート材料の外側面の上に追加の層をコーティングしてもよい。さらに、先にも述べたように、任意成分の接着剤を使用して、シート材料の複数の層または他の層を交互に積層してもよい。材料の複数の層を組み合わせて多層物品を形成させるその他の機械的な方法としては、ニードルパンチ法やステッチ法などが上げられるが、それらに限定される訳ではない。
【００８８】
以下の実施例を用いて本発明をさらに説明するが、いかなる点においても、それらの実施例が本発明の範囲を限定すると受け取ってはならない。それとは逆に、本明細書を読んだ後では、本発明の趣旨および／または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者にとって自明となるであろう各種その他の実施態様、修正、および等価物の手段を取りうるということは明瞭に理解するべきである。
【実施例】
【００８９】
模擬的な操作条件下における、汚染制御機器たとえば触媒コンバーター組立物における取付け用マットの耐久性および性能は、たとえば、エス・エー・イー・報文（ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ）２００４−０１−０１４６、ナタン・ブルンナー（Ｎａｔｈａｎ Ｂｒｕｎｎｅｒ）「キャタリティック・コンバーター・ホット・バイブレーション・テスト・メソッズ・アト・スリー・エム・カンパニー（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｈｏｔ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｔ ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）」に記載の試験方法に従って測定することができる。そのエス・エー・イー・報文のすべてを、参照により本明細書に援用する。
【００９０】
そのような試験方法に従って、それぞれ実施例１〜３による取付け用マットを、概略直径４．７インチ（約１１９．４ｍｍ）、長さ約３インチ（約７６．２ｍｍ）、重量約２６０グラムの円筒状のコーディエライトモノリスの周りに巻き付ける。その巻き付けられたモノリスを、触媒コンバーターハウジングの中に、実施例で規定された搭載密度で詰めて、ガス入口温度５００℃で加熱振動試験にかける。そのコンバーター集合体を、加熱入口ガスを用いての２時間の加熱と１時間の冷却とのサイクル５回により、熱的にコンディショニングさせる。コンディショニングをさせた後、２．７グラム−１２ｄＢ（デシベル）の振動をかけながら、加熱入口ガスを用いて温度５００℃で３時間の、計４時間のサイクルを用いた試験を開始する。一つのサイクルは１時間の冷却で終わるが、その際には集合体はほぼ周囲温度まで冷却する。第二の４時間サイクルを−９ｄＢで開始、第三のサイクルは−６ｄＢで開始というようにして、０ｄＢになるまで続ける。その集合体がまだ完全であるようならば、その試験を０ｄＢの４時間サイクルで、異常（ｆａｉｌｕｒｅ）が起きるか、または所定の時間（典型的には７２時間または９６時間）に達するまで続ける。
【００９１】
実施例１：
細断したシリカ繊維（直径７ミクロン、長さ６ｍｍのベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）繊維、独国フライベルク（Ｆｒｅｉｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）のベルケム・ファイバー・マテリアルズ・ＧｍｂＨ（ｂｅｌＣｈｅｍ ｆｉｂｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＧｍｂＨ）から入手可能）を熱処理するために、周囲温度の炉の中にその繊維を置いた。温度調節器の設定を９５０℃として、炉に電源を入れた。炉内の温度が９５０℃に達したら、繊維を１時間灼熱させておいてから、炉の電源を切断した。炉を周囲温度まで冷却し、繊維を取り出して、シートにした。
【００９２】
２７ｗｔ％の上述の加熱処理シリカ繊維、２７ｗｔ％の生体溶解性繊維（スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７（ジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））のサーマル・セラミック（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃ）から入手可能）、８ｗｔ％の酢酸ビニルラテックス固形分（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ、固形分約５５％の酢酸ビニルラテックス、ペンシルバニア州アレンタウン（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）のエア・プロダクツ・ポリマーズ・エル・ピー（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｌ．Ｐ．）から入手可能）、および３８ｗｔ％の未膨張バーミキュライトの乾燥組成を有する、マットを調製した。
【００９３】
ブレンダーに４０℃に加温した３０００ｍＬの水道水を入れ、加熱処理シリカ繊維を加えて１０秒間混合させることにより、スラリーを調製した。生体溶解性繊維を加え、低速度で５秒間混合した。そのスラリーを大きな混合容器に移し、ブレンダーからの繊維を、１０００ｍＬの４０℃の水道水を用いて洗い、そのスラリーを容器に加えた。そのスラリーを、プロペラブレードミキサーを用いて中間速度で撹拌しながら、３滴の消泡剤（フォーマスター（ＦＯＡＭＡＳＴＥＲ）１１１消泡剤）および酢酸ビニルラテックスを添加した。分散ができたら、１１．４グラムの５０ｗｔ％ミョウバン溶液（ゼネラル・ケミカルズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ））を加え、約２分間混合した。次いで未膨張バーミキュライトを加え、２分間混合した。そのスラリーを、８０メッシュのスクリーンを有する寸法２０．３ｍｍ×２０．３ｍｍのシートモールドの中に迅速に注入し、脱水させた。モールドを開き、その脱水させたシートの上に吸取り紙を置いて、めん棒を用いて８回ロールがけした。新しい吸取り紙を、シートの両面に置き、それを２枚の粗いスクリーンの間にはさんで、約４１４ｋＰａ〜５５２ｋＰａの間の圧力で５分間加圧した。シートを取り出し、１１０℃の炉に入れ、約６０分間かけて乾燥させた。シートを炉から取り出し、周囲温度および湿度で一夜コンディショニングさせた。
【００９４】
得られたマットを、０．７６ｇ／ｃｃの搭載密度になるように詰めて、前述のような加熱振動試験にかけた。試験は０ｄＢレベルに達し、試験は７２時間後まで継続された。マットおよび詰められた集合体には、何の異常も認められなかった。
【００９５】
同様にして調製した、５４ｗｔ％の生体溶解性繊維（スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７）、８ｗｔ％の乾燥ラテックス固形分（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ）、および３８ｗｔ％の未膨張バーミキュライトからなるマットを、搭載密度１．０１ｇ／ｃｃになるように詰めた。その詰め込まれた集合体について、堅牢性の試験を行ったところ、６．７２時間後に−６ｄＢレベルで異常が認められた。
【００９６】
実施例２：
生体溶解性繊維（アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）、ユニフラックス（Ｕｎｉｆｒａｘ）から入手可能）を、約４０℃に加温した水中、固形分約１．０５ｗｔ％で、６０秒間ずつ２回、パルプ化させた。そのスラリーを保持タンクにポンプ輸送し、希釈して固形分約０．８４％とした。その希釈スラリーを、サイクロンセパレーターを通して第二の保持タンクにポンプ輸送すると、ショットが２０％低下していた。前述のようにして加熱処理したシリカ繊維（ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標））を、固形分約０．３７ｗｔ％で３分間かけてパルプ化し、生体溶解性繊維の入っているタンクに移して、そのスラリーをさらに希釈して固形分約０．３５ｗｔ％とした。その希釈されたスラリーを加熱して４０℃とし、ラテックス（エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ）およびアルミン酸ナトリウム（繊維重量の１．１８％）を加えたが、その間混合をして、スラリーを懸濁状態に維持した。約３分間後に、水中５０ｗｔ％ミョウバン溶液（全スラリー重量を基準にして、ミョウバン０．１８ｗｔ％）を添加して、ラテックスと繊維を沈降させた。次いで、スラリーをタンクの中に連続的にポンプ輸送し、そのスラリーに定量フィードされる未膨張のバーミキュライトと混合した。マニフォールドを通して、得られたスラリーをメッシュベルトの上にポンプ輸送した。真空を用いてそのスラリーを脱水し、約３０〜４０ｗｔ％の水を含むマットを形成させた。そのマットをローラーを用いて加圧し、一連のスチーム加熱回転缶を通過させて乾燥させると、３１．１ｗｔ％の生体溶解性繊維、２０．７ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、８．２ｗｔ％のラテックス固形分、および４０ｗｔ％の未膨張バーミキュライトからなる乾燥組成物を含むマットが形成された。
【００９７】
そのマットを、約０．７０ｇ／ｃｃの搭載密度になるように詰めて、前述のようにして、入口ガス温度５００℃で加熱振動試験にかけた。その試験は０ｄＢレベルに達し、９６時間（２４回の完全サイクル）後に終了させた。マットおよび詰められた集合体における異常は、何も認められなかった。
【００９８】
実施例３：
下記の点を除き、実施例２と同様にしてマットを調製した。生体溶解性繊維（アイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ））は、固形分１．６８ｗｔ％でパルプ化した。ショット除去のための水を用いた第一回目の希釈のあと、スラリーの固形分は約１．０５ｗｔ％であった。加熱処理したシリカ繊維を、固形分０．３２ｗｔ％でパルプ化すると、最終のスラリーは約０．６２９ｗｔ％の固形分を有していた。アルミン酸ナトリウムを、全乾燥繊維重量の１．１５ｗｔ％のレベルで添加した。
【００９９】
得られたマットは、３９．６ｗｔ％の生体溶解性繊維、９．９ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、１０．３ｗｔ％のラテックス固形分、および４０．２ｗｔ％の未膨張バーミキュライトの乾燥組成を有していた。そのマットを、０．７０ｇ／ｃｃの搭載密度で詰め込み、加熱ガス入口温度５００℃を用いて、加熱振動試験にかけた。試験は０ｄＢレベルに達し、試験は９６時間後まで継続された。マットおよび詰められた集合体には、何の異常も認められなかった。
【０１００】
実施例４
下記の点を除き、実施例３と同様にしてマットを調製した。ベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）高シリカ含量繊維を、９００℃で加熱処理した。得られた取付け用マットは、約１０．２ｗｔ％のベルコテックス（ＢＥＬＣＯＴＥＸ）（登録商標）高シリカ含量繊維、約４０．８ｗｔ％のアイソフラックス（ＩＳＯＦＲＡＸ）１２６０生体溶解性繊維、約４０ｗｔ％の未膨張バーミキュライト（ニューヨーク州ニューヨークのワン・ペン・プラザ（Ｏｎｅ Ｐｅｎｎ Ｐｌａｚａ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ）にある、コメタルズ（Ｃｏｍｅｔａｌｓ）からのもの）、および約９ｗｔ％のエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰアクリル系ラテックスバインダー、の乾燥組成を有していた。
【０１０１】
実施例５
上述の実施例４の記載に従い、それにおけるのと同じ構成成分を用いて、また別な取付け用マット材料を構成したが、ただし、アクリル系ラテックスバインダーを、同量のダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）ＤＣ８５シリコーンバインダーに置き換えた。
【０１０２】
ここに例示した取付け材料に対しては、各種の修正が可能であると考えられる。たとえば一般的には、本発明の取付け材料において使用される有機バインダーは、たとえば、アクリル系ラテックスバインダー、シリコーンバインダーまたはそれらの組合せを含むか、それらからなるか、またはそれらから実質的になっていてよい。
【０１０３】
本発明の取付け材料の乾燥重量組成は、次の範囲までは変更可能であると考えられる：（ａ）約２％〜約８０ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）少なくとも最高約７５ｗｔ％までの生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約１０％〜約７５ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約１％〜約１５ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約１０ｗｔ％となるようにするべきである。
【０１０４】
本発明による望ましい取付け材料の乾燥重量組成は以下のように変化させることが可能であると考えられる：（ａ）約５％〜約５０ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）約１０％〜約６０ｗｔ％の範囲の生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約２０％〜約７０ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約２％〜約１２ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約１５ｗｔ％とすることができる。
【０１０５】
本発明の取付け材料の好適な乾燥重量組成は以下のように変化させることが可能である：（ａ）約５％〜約２５ｗｔ％の範囲の加熱処理高シリカ含量繊維、（ｂ）約２０％〜約５０ｗｔ％の範囲の生体溶解性セラミック繊維、（ｃ）約２５％〜約６０ｗｔ％の範囲の膨張性材料（たとえば、未膨張バーミキュライト）、および（ｄ）約４％〜約１１ｗｔ％の範囲の有機バインダー。全繊維含量（すなわち、シリカ繊維と生体溶解性繊維を合わせたもの）が少なくとも約３０ｗｔ％とすることができる。
【０１０６】
本明細書では、その特定の実施態様について詳しく記述してきたが、当業者ならば、上述のことを理解すれば、それらの実施態様に対する変更、変法、および等価物を容易に考案することが可能であるということは理解されたい。たとえば、本発明の組成物は、熱バリヤー（すなわち、断熱材料）、火災バリヤーまたは火災防壁、またはそれらの組合せとしても有用である。たとえば、本発明の組成物を、パイプ、加熱装置、または構造要素たとえばビルディングサポート（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ）などの周りを包み込んだり、他の方法で周りに置くことも有用である。本発明の組成物は、燃料電池のモノリシック構造の周辺でも有用である。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその各種等価物の範囲として評価されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施態様を取り入れた触媒コンバーターを、分解した形で示す斜視図である。
【図２】本発明の実施態様を取り入れたディーゼル排気微粒子フィルターの、中央部分長さ方向の断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付け用マットであって：
（ａ）生体溶解性繊維、
（ｂ）繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、および
（ｃ）膨張性材料、
を含むマット。
【請求項２】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして：
（ａ）約１６〜約８０ｗｔ％の生体溶解性繊維、
（ｂ）約４〜約８０ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、および
（ｃ）約１０〜約８０ｗｔ％の膨張性材料、
を含む、請求項１に記載のマット。
【請求項３】
前記生体溶解性繊維が、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ、またはそれらの組合せを含む、請求項１または２に記載のマット。
【請求項４】
前記加熱処理シリカ繊維が、前記繊維を、少なくとも約５分間の加熱処理時間少なくとも約４００℃の加熱処理温度に暴露させることを含む加熱処理に予め暴露されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項５】
前記加熱処理シリカ繊維が、前記繊維を、少なくとも約６０分間の加熱処理時間少なくとも約８５０℃の加熱処理温度に暴露させることを含む加熱処理に予め暴露されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項６】
前記加熱処理シリカ繊維が、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗ〜約９９．９ｐｂｗの範囲のシリカ含量を有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマット。
【請求項７】
前記膨張性材料が、未膨張バーミキュライト、膨張性グラファイト、またはそれらの組合せを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマット。
【請求項８】
前記膨張性材料が未膨張バーミキュライトを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマット。
【請求項９】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして、約５ｗｔ％までのマイカ系バインダー材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１０】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして、約１ｗｔ％未満のマイカ系バインダー材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１１】
前記マットが、マイカ系バインダー材料を一切含まない、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１２】
有機バインダーをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１３】
前記有機バインダーが、アクリル系ラテックスバインダーを含む、請求項１２に記載のマット。
【請求項１４】
前記加熱処理シリカ繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１５】
シート材料またはペーストの形態である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のマットを含む、汚染制御機器。
【請求項１７】
前記マットが、ハウジングと、前記ハウジングの内部に位置する汚染制御要素との間に位置している、請求項１６に記載の汚染制御機器。
【請求項１８】
前記汚染制御要素が触媒コンバーターを含む、請求項１６または１７に記載の汚染制御機器。
【請求項１９】
前記汚染制御要素がフィルター要素を含む、請求項１６または１７に記載の汚染制御機器。
【請求項２０】
前記汚染制御要素と前記マットとの間に位置する第一の層、もしくは前記マットと前記ハウジングとの間に位置する第二の層、またはその両方をさらに含み、
ここで、前記第一の層がセラミック繊維を含み、前記第二の層がセラミック繊維、ガラス繊維、またはセラミック繊維とガラス繊維の両方を含む、
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の汚染制御機器。
【請求項１】
取付け用マットであって：
（ａ）生体溶解性繊維、
（ｂ）繊維の全重量を基準にして約６７ｗｔ％（ｐｂｗ）を超えるシリカ含量を有する加熱処理シリカ繊維、および
（ｃ）膨張性材料、
を含むマット。
【請求項２】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして：
（ａ）約１６〜約８０ｗｔ％の生体溶解性繊維、
（ｂ）約４〜約８０ｗｔ％の加熱処理シリカ繊維、および
（ｃ）約１０〜約８０ｗｔ％の膨張性材料、
を含む、請求項１に記載のマット。
【請求項３】
前記生体溶解性繊維が、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ、またはそれらの組合せを含む、請求項１または２に記載のマット。
【請求項４】
前記加熱処理シリカ繊維が、前記繊維を、少なくとも約５分間の加熱処理時間少なくとも約４００℃の加熱処理温度に暴露させることを含む加熱処理に予め暴露されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項５】
前記加熱処理シリカ繊維が、前記繊維を、少なくとも約６０分間の加熱処理時間少なくとも約８５０℃の加熱処理温度に暴露させることを含む加熱処理に予め暴露されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項６】
前記加熱処理シリカ繊維が、繊維の全重量を基準にして、約６７ｐｂｗ〜約９９．９ｐｂｗの範囲のシリカ含量を有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマット。
【請求項７】
前記膨張性材料が、未膨張バーミキュライト、膨張性グラファイト、またはそれらの組合せを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマット。
【請求項８】
前記膨張性材料が未膨張バーミキュライトを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマット。
【請求項９】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして、約５ｗｔ％までのマイカ系バインダー材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１０】
前記マットが、マットの全乾燥重量を基準にして、約１ｗｔ％未満のマイカ系バインダー材料を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１１】
前記マットが、マイカ系バインダー材料を一切含まない、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１２】
有機バインダーをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１３】
前記有機バインダーが、アクリル系ラテックスバインダーを含む、請求項１２に記載のマット。
【請求項１４】
前記加熱処理シリカ繊維が、呼吸で吸い込まれる可能性がない繊維である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１５】
シート材料またはペーストの形態である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマット。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のマットを含む、汚染制御機器。
【請求項１７】
前記マットが、ハウジングと、前記ハウジングの内部に位置する汚染制御要素との間に位置している、請求項１６に記載の汚染制御機器。
【請求項１８】
前記汚染制御要素が触媒コンバーターを含む、請求項１６または１７に記載の汚染制御機器。
【請求項１９】
前記汚染制御要素がフィルター要素を含む、請求項１６または１７に記載の汚染制御機器。
【請求項２０】
前記汚染制御要素と前記マットとの間に位置する第一の層、もしくは前記マットと前記ハウジングとの間に位置する第二の層、またはその両方をさらに含み、
ここで、前記第一の層がセラミック繊維を含み、前記第二の層がセラミック繊維、ガラス繊維、またはセラミック繊維とガラス繊維の両方を含む、
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の汚染制御機器。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５２３２６７（Ｐ２００８−５２３２６７Ａ）
【公表日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４６７１５（Ｐ２００７−５４６７１５）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３２６５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６５５３４
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３２６５
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６５５３４
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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