应用于陶瓷蜂窝体的组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是国际申请号为PCT//US2008/008949,国际申请日为2008年7月22日的 PCT国际专利申请进入中国阶段后的国家申请号为200880107029. 2,发明名称为"应用于 陶瓷蜂窝体的组合物"的中国专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求于2007年7月31日提交、标题为"应用于陶瓷蜂窝体的组合物"的美 国临时申请第60/962, 715号的权益。
技术领域
[0004] 本发明涉及多孔陶瓷微粒过滤器的制备，更具体来说涉及用来对多孔陶瓷蜂窝体 的选择的孔道进行密封从而形成壁流式陶瓷过滤器的改进的堵塞混合物和方法。
【背景技术】
[0005] 陶瓷壁流式过滤器越来越多地用来从柴油机或者其它内燃机排气流中除去微粒 污染物。已知有许多种使用由多孔陶瓷形成的具有孔道的蜂窝体结构制造这类过滤器的方 法。最普遍的方法是将密封材料形成的堵塞物置于这种结构的交替孔道的端部，阻挡流过 孔道的直接流体流，迫使流体流先通过蜂窝体的多孔孔道壁，然后才离开所述过滤器。柴油 发动机应用中使用的微粒过滤器由无机材料形成，对这些无机材料进行选择，以提供极佳 的耐热冲击性、低的发动机背压以及在应用中可以接受的耐久性。最常规的过滤器组合物 是基于碳化硅、钛酸铝、多铝红柱石和堇青石。通过设计过滤器几何结构，尽可能减小发动 机背压，尽可能增大每单位体积的过滤表面积。
[0006] 柴油机微粒过滤器由平行的孔道阵列构成，这些孔道阵列在一侧以棋盘格图案每 隔一个孔道进行密封，使得来自发动机的排气必须通过孔道的壁，才能离开过滤器。这种结 构的过滤器可以通过以下方式形成，挤出构成平行孔道阵列的基质，然后在第二加工步骤 中每隔一个孔道用密封剂密封或"堵塞"。钛酸铝（AT)和堇青石堵塞混合物流导致在干燥 步骤中形成大的针孔和小凹陷。有时，这些针孔和小凹陷在堵塞物的整个长度上延伸，导致 这部分被质量控制过程认为是不合格的。小凹陷（可能导致泄漏）也是已知的问题，并且 在高孔隙陶瓷如AT和堇青石基材时更为严重。
[0007] 在堵塞过程中，堵塞混合物的预成形团块被送入基材部分（从撞杆（ram)至团块 和基材间的界面），所述预成形团块能够在活塞/筒体的储器中运动或下降，导致不均匀的 堵塞，并且在某些情况，导致基材上未堵塞区域，以及制造和收率方面的困难。此外，目前的 堵塞混合物制剂的储存寿命因为粘度随时间变化而较短。
[0008] 因此，现有技术需要一种改进的堵塞混合物，用来形成陶瓷壁流式过滤器。具体 地，需要不会导致形成针孔、小凹陷或大的内空隙的堵塞混合物。还需要具有足够流变性质 的堵塞混合物，所述流变性质足以在预成形团块形式时保持该混合物的形状，所述预成形 团块在将混合物压入基材时仍能适当流动。
【发明内容】
[0009] 本发明提供应用于蜂窝体的改进的组合物。在一个实施方式中，该组合物可用于 在蜂窝体外部形成外皮涂层。在另一个实施方式中，该组合物可用作形成陶瓷壁流式过滤 器用的堵塞混合物。该堵塞混合物包含一种或多种流变改进剂，将该流变改进剂加入混合 物制剂中时可提供高屈服强度和低的剪切下的粘度。由于改进了流变性质，堵塞混合物显 示在堵塞深度方面改进的性能，减少或者甚至消除在干燥或烧制的堵塞物中形成明显大于 所需孔隙尺寸的小凹陷、针孔或大的内空隙。例如，大的内空隙的最大长度尺寸大于或等于 0. 5晕米。
[0010] 在一个实施方式中，本发明提供一种组合物，该组合物包含无机粉末批料组合物、 有机粘结剂、液体载剂和流变改进剂。在10/秒剪切速率下测量，所述堵塞混合物显示小于 8000Pa-s的毛细管粘度，在60度的角度下测量时，显示小于60毫米/8分钟的倾斜面流动 速率。
[0011] 在另一个实施方式中，本发明提供了一种多孔陶瓷壁流式过滤器，其包含蜂窝体 基材，所述基材限定了大量孔道，这些孔道由从上游进口端纵向延伸至下游出口端的多孔 孔道壁界定。大量孔道的第一部分包含在下游出口端密封各孔道壁的端部堵塞物，以形成 进口孔道，所述大量孔道的第二部分包含在上游进口端密封各孔道壁的端部堵塞物，以形 成出口孔道。根据该实施方式，端部堵塞物由本发明的堵塞混合物形成，包含形成陶瓷的无 机粉末批料组合物、有机粘结剂、液体载剂和流变改进剂。
[0012] 在另一个实施方式中，本发明提供了一种制造多孔陶瓷壁流式过滤器的方法。该 方法大体包括：提供蜂窝体，该蜂窝体限定出大量孔道，所述孔道由从上游进口端纵向延伸 至下游出口端的多孔孔道壁界定。至少一条预先确定的孔道的一部分用本发明的堵塞混合 物选择性堵塞，所述堵塞混合物包括以下组分：形成陶瓷的无机粉末批料组合物、有机粘结 剂、液体载剂以及流变改进剂。然后所述选择性堵塞的蜂窝体可以在一定的条件下干燥和 烧制，所述条件能够在至少一个选择性堵塞的孔道中有效形成烧结相陶瓷堵塞物。在又一 个实施方式中，所述组合物可应用于蜂窝体的一个或多个外部部分作为人造外皮，即，应用 于蜂窝体的外周边的层或涂层，如人造外皮，其中，涂覆的蜂窝体例如是壁流式过滤器或基 材。
[0013] 在以下详细描述和任意权利要求中部分地提出了本发明的另外一些实施方式，它 们部分源自详细描述，或可以通过实施本发明来了解。应理解，前面的一般性描述和以下的 详细描述都只是示例和说明性的，不构成对所揭示的本发明的限制。
[0014] 附图简要说明
[0015] 附图被结合在本说明书中，并构成说明书的一部分，【附图说明】了本发明的一些实 施方式，并与描述部分一起用于说明本发明的原理，但不构成限制。
[0016] 图1是根据本发明一个实施方式的示例的端部堵塞的壁流式过滤器的示意图。
[0017] 图2是根据本发明的一个实施方式的倾斜面测试装置的示意图，该装置用于测量 倾斜面流动速率。
[0018] 图3是用不含流变改进剂的堵塞混合物进行端部堵塞的钛酸铝蜂窝体基材的顶 视照片。
[0019] 图4是用不含流变改进剂的堵塞混合物进行端部堵塞的钛酸铝蜂窝体基材的侧 视照片。
[0020] 图5是按本发明的一个实施方式端部用本发明的堵塞混合物堵塞的钛酸铝蜂窝 体基材的顶视照片。
[0021] 图6是按本发明的一个实施方式端部用本发明的堵塞混合物堵塞的钛酸铝蜂窝 体基材的侧视照片。
【具体实施方式】
[0022] 相关领域的技术人员会认识并理解，可以对本文所述的本发明的各实施方式进行 许多变化，而且仍能实现本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中 的一部分可以通过选择本发明的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术 人员会认识到，对本发明的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且 是本发明的一部分。因此，提供的以下描述作为对本发明原理的说明而不构成对本发明的 限制。
[0023] 如本文中所用，单数形式的"一个"，"一种"和"该"包括复数的指代物，除非文本 中有另外的明确表示。因此，例如，对"流变改进剂"的引用包括具有两种或更多种此类"流 变改进剂"的实施方式，除非文本中有另外的明确表示。
[0024] 本文所用，除非有具体的相反表示，否则，无机组分的"重量％"或"重量百分数"或 "重量份"均基于包含该组分的无机粉末批料组合物的总重量。
[0025] 如本文中所用，"追加"表示基于并相对于100重量份形成陶瓷的无机粉末批料组 分，一种组分如有机粘结剂、液体载剂或成孔剂的重量百分数。
[0026] 此处所用的词语"任选的"或"任选地"意味着随后描述的事件或情况可能出现或 者可能不出现，并且该描述包括所述事件或情况发生的实例及不发生的实例。
[0027] 如上简要概述的，本发明提供