一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体泥料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体泥料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 直径2 10.5in.的大规格堇青石质蜂窝陶瓷载体是中大型内燃机气态污染排放后 处理技术的催化剂载体，如:柴油机选择性催化还原SCR载体、清洁燃料内燃机三效催化转 化器TWC载体、氧化催化转化器D0C载体及氨逃逸转化器ASC载体等。国V、VI排放法规对机 动车排气污染物更低的排放限值以及机动车经济性法规的快速严格化，要求必须把蜂窝陶 瓷载体壁厚降低到5mil以下，以获得更大的催化剂涂覆表面积及更低的流动阻力。
[0003] 蜂窝陶瓷催化剂载体的生产工艺包括:粉体配方及制备、添加剂工艺技术、泥料混 炼工艺、挤出成型设备及工艺、干燥工艺和烧成工艺等，各工艺环节均会影响产品质量，形 成多因素、多水平的正交试验研究过程。传统壁厚2 7mil的大规格蜂窝陶瓷载体制备工艺 与高性能薄壁蜂窝陶瓷载体制造工艺差距较大，其中泥料制备是影响蜂窝陶瓷载体成品性 能和成型模具使用寿命的基础工艺环节。
[0004] 挤出成型的堇青石蜂窝陶瓷载体制造多采用普通无机原料，泥料制备仅考虑原料 的化学成分、粒度、晶体形貌特征，生产壁厚2 7mil的常规壁厚的大规格蜂窝陶瓷载体可满 足性能指标要求。泥料制备过程中，无机原料的粉碎使原料表面形成大量断键，粉体颗粒易 团聚，影响粉体制备的均匀性，直接破坏堇青石合成时的晶型规则排列，同时，断键吸附过 多水离子，形成厚度较大的水化膜(见图一），不仅使粉料颗粒间的微观润滑性变差，增大成 型工艺挤出机压力，降低成型设备和模具的使用寿命，较高的纯净水加入量，也使干燥收缩 率增大，出现网格孔道变形、干燥开裂等问题。基于此，本发明提出了一种制造高性能大规 格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体的泥料制备方法。
【发明内容】
[0005] 针对传统制备工艺生产大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体泥料存在加水量大、干燥 困难、干燥收缩大、易干燥开裂，及泥料流动性差，挤出阻力大，设备模具容易损坏等问题， 本发明提供了一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料，包括无机原料，有机粘结剂，水 以及硅烷偶联剂，无机原料由片状滑石，片状水洗高岭土，片状氧化铝，电熔石英构成。
[0006] 本发明还提供一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料的制备方法包括如下 步骤：
[0007] 制备无机原料和硅烷偶联剂的混合粉末；向混合粉末中加入有机粘结剂和水;捏 合，炼泥。
[0008] 本发明还提供一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法，包括将上 述方法制备得到的泥料挤制成生坯，烧制，保温得到催化剂载体。
[0009] 作为优选技术方案，硅烷偶联剂的通式为:Y-R-Si_X3，其中：R选自烷基或芳基;X 选自甲氧基、乙氧基或氯原子，Y为有机反应基。进一步优选，有机反应基选自乙烯基、环氧 基、氨基或巯基等。烷基包括但不限于&-c5的烷基，例如，甲基，乙基，正丙基，异丙基，正丁 基，异丁基等。芳基包括但不限于&-&8的芳基。
[0010] 作为优选技术方案，有机助剂包括甲基纤维素、有机硅聚醚共聚物和豆油。
[0011] 作为优选技术方案，有机粘结剂加入量是无机原料总重量的2-10% ;
[0012] 作为优选技术方案，硅烷偶联剂加入量是无机原料总重量的0.01-10%;进一步优 选，硅烷偶联剂是无机原料总重量的0.05-8%;更优选，硅烷偶联剂占无机原料总重量的 0.1-1% ；
[0013] 作为优选技术方案，泥料的挤制压力为9-14MPa。
[0014] 本发明的大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体是指直径2 10.5in，壁厚壁厚<7mil的 陶瓷载体。
[0015] 本发明的有益效果为：
[0016] 使用硅烷偶联剂在泥料制备过程中对片状滑石、片状水洗高岭土、片状氧化铝、电 熔石英等与无机原料进行表面改性，硅烷偶联剂在原料表面形成取代基-〇Si(CH 3)2_，使无 机材料具有疏水性。以表面改性的无机原料制备的大规格堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料，水 化膜厚度小、干燥收缩小，可有效降低热膨胀系数;泥料较好的流动性，使成型压力低，可有 效降低成型设备和模具的磨损程度，同时，表面取代基-〇Si(CH 3)2_，可在载体内部形成-0-Si-0-Si-三维网络，提高坯体强度，减少烧成开裂，可得到较高的烧成合格率(95-99%)。
【附图说明】
[0017] 图1:硅烷偶联剂改性无机粉体示意图
[0018] 图2:实施例4的堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体定向排列微观图
【具体实施方式】
[0019] 实施例1:
[0020] (1)无机物粉体构成:D50 = 15μπι的片状滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高岭土29.8 %、 D50 = 20ym的片状氧化错21.2%、D50 = 4.0ym的电恪石英9.0%。无机粉体经无重力干混后， 添加4%的甲基纤维素、0.5%的机硅聚醚共聚物、1 %的豆油和35%的水，进行捏合和真空 练泥，成型机以19.0MPa的压力把泥料挤制成Φ13Χ6?η.的300孔/in2、壁厚5mil的薄壁蜂 窝陶瓷催化剂载体生坯，经干燥后测试，生坯收缩率:3.5 %，轴向抗压强度:0.52MPa，弯筋 和粗筋缺陷率:4.5%。
[0021 ] (2)经1415°C烧制，保温8小时，得到堇青石催化剂载体，烧成合格率90.1 %。产品 性能：热膨胀系数1.0 X 10-6/°C (室温_800°C)，吸水率33 %，轴向抗压强度16.7MPa，650°C 三次热震测试无开裂。
[0022] 实施例2:
[0023] (1)无机物粉体构成:D50 = 15μπι的片状滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高岭土29.8 %、 D50 = 20μπι的片状氧化铝21.2 %、D50 = 4. Ομπι的电熔石英9.0 %。外加0.2 %的ΚΗ550硅烷偶 联剂与粉体同步进行无重力干混，对粉体改性。
[0024] (2)添加5 %的甲基纤维素、0.5 %的机硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，进行 捏合和真空练泥，成型机以13.8MPa的压力把泥料挤制成Φ 13 X 6in.的300孔/in2、壁厚 5mil的薄壁蜂窝陶瓷催化剂载体生坯，经干燥后测试，干燥收缩：3.1 %，轴向抗压强度： 1. lOMPa，弯筋、粗筋缺陷率:3.0%。
[0025] (3)经1415°C烧制，保温8小时，得到堇青石催化剂载体，烧成合格率95.5 %，产品 性能:热膨胀系数0.92 X 10-6/°C (室温_800°C)，吸水率31.2 %，轴向抗压强度17.5MPa，650 °〇三次热震测试无开裂。
[0026] 实施例3:
[0027] (1)无机物粉体构成:D50 = 15μπι的片状滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高岭土29.8 %、 D50 = 20μπι的片状氧化铝21.2 %、D50 = 4. Ομπι的电熔石英9.0 %。外加0.4%的ΚΗ550硅烷偶 联剂与粉体同步进行无重力干混，对粉体改性。
[0028] (2)添加5 %的甲基纤维素、0.5 %的机硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，进行 捏合和真空练泥，成型机以11.9MPa的压力把泥料挤制成Φ13Χ6?η.的300孔/in2、壁厚 5mil的薄壁蜂窝陶瓷催化剂载体生坯，经干燥后测试，干燥收缩：2.9%，轴向抗压强度： 1.32MPa，弯筋、粗筋缺陷率:2.2%。
[0029] (3)经1415°C烧制，保温8小时，得到堇青石催化剂载体，烧成合格率97.2 %，产品 性能:热膨胀系数0.86 X 10-6/°C (室温_800°C)，吸水率30.2 %，轴向抗压强度18.3MPa，650 °〇三次热震测试无开裂。
[0030] 实施例4:
[0031] (1)无机物粉体构成:D50 = 15μπι的片状滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高岭土29.8 %、 D50 = 20μπι的片状氧化铝21.2 %、D50 = 4. Ομπι的电熔石英9.0 %。外加0.8 %的ΚΗ550硅烷偶 联剂与粉体同步进行无重力干混，对粉体改性。
[0032] (2)添加5 %的甲基纤维素、0.5 %的机硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，进行 捏合和真空练泥，成型机以9. IMPa的压力把泥料挤制成Φ 13 X 6iη.的300孔/in2、壁厚5mi 1 的薄壁蜂窝陶瓷催化剂载体生坯，经干燥后测试，干燥收缩：2.5%，轴向抗压强度： 1.83MPa，弯筋、粗筋缺陷率:0.5%。
[0033] (3)经1415°C烧制，保温8小时，得到堇青石催化剂载体，烧成合格率为99.0 %，所 得的堇青石蜂窝陶瓷载体的性能为：热膨胀系数0.75X10-6/°C(室温_800°C)，吸水率 28.5 %，轴向抗压强度20.5MPa，650°C三次热震测试无开裂。
[0034] 表1不同泥料制备堇青石载体比较
[0035]
[0036]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料，其特征在于，所述泥料包括无机原料， 有机粘结剂，水以及硅烷偶联剂;所述无机原料由片状滑石，片状水洗高岭土，片状氧化铝 和电熔石英构成。2. 如权利要求1所述泥料，其特征在于，所述硅烷偶联剂的通式为:Y-R_Si-X3，其中：R 选自烷基或芳基;X选自甲氧基、乙氧基或氯原子，Y为有机反应基。3. 如权利要求2所述泥料，其特征在于，所述有机反应基选自乙烯基、环氧基、氨基或巯 基。4. 如权利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述有机助剂包括甲基纤维素、有机硅聚醚 共聚物和豆油。5. 如权利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述有机粘结剂加入量是无机原料总重量 的2-10% 〇6. 如权利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述硅烷偶联剂加入量是无机原料总重量 的 0.01-10%。7. 如权利要求1所述大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料的制备方法，其特征在于， 包括如下步骤： 制备无机原料和硅烷偶联剂的混合粉末；向混合粉末中加入有机粘结剂和水;捏合，炼 泥。8. -种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体的制备方法，包括如权利要求7的方法 制备泥料，将制备得到的泥料挤制成生坯，烧制，保温得到催化剂载体。9. 如权利要求8所述载体的制备方法，其特征在于，所述泥料的挤制压力为9-14MPa。
【专利摘要】本发明公开了一种大规格薄壁堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料，包括无机原料，有机粘结剂，水以及硅烷偶联剂，无机原料由片状滑石，片状水洗高岭土，片状氧化铝，电熔石英构成。使用硅烷偶联剂在泥料制备过程中对片状滑石、片状水洗高岭土、片状氧化铝、电熔石英等与无机原料进行表面改性，硅烷偶联剂在原料表面形成取代基-OSi(CH3)2-，使无机材料具有疏水性。以表面改性的无机原料制备的大规格堇青石蜂窝陶瓷载体用泥料，水化膜厚度小、干燥收缩小，可有效降低热膨胀系数；泥料较好的流动性，使成型压力低，可有效降低成型设备和模具的磨损程度，同时，表面取代基-OSi(CH3)2-，可在载体内部形成-O-Si-O-Si-三维网络，提高坯体强度，减少烧成开裂，可得到较高的烧成合格率。<!-- 2 -->
【IPC分类】C04B38/00, C04B35/195, C04B35/632
【公开号】CN105503233
【申请号】CN201510926162
【发明人】黄妃慧, 刘洪月, 潘吉庆
【申请人】重庆奥福精细陶瓷有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月14日