用于堵塞蜂窩體且具有減小的堵塞深度變化的組合物和方法
【專利說明】用于堵塞蜂窩體且具有減小的堵塞深度變化的組合物和方 法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 120要求于2013年3月15日提交的美國專利申請系列號 13/833, 753的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其是2012年8月30日提交的美國專利申請?zhí)?3/599, 584的部 分繼續(xù)申請，本文以該申請為基礎并將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。
[0003] 背景
[0004] 本發(fā)明總體涉及多孔蜂窩體陶瓷，具體來說，涉及改善的可施涂到多孔蜂窩體陶 瓷的組合物。
[0005] 陶瓷壁流式過濾器越來越多地用來從柴油機或者其它內(nèi)燃機排氣流中除去微粒 污染物。已知有許多種使用由多孔陶瓷形成的具有孔道的蜂窩體結(jié)構(gòu)制造這類過濾器的方 法。最普遍的方法是將密封材料形成的固化堵塞物置于這種結(jié)構(gòu)的交替孔道的端部，阻擋 流過孔道的直接流體流，迫使流體流先通過蜂窩體的多孔孔道壁，然后才離開所述過濾器。
[0006] 堵塞蜂窩體結(jié)構(gòu)的重要方面是堵塞深度和堵塞質(zhì)量。堵塞質(zhì)量常常與堵塞中存在 空穴相關(guān)。一般地，可通過減少堵塞組合物中的水的量和/或增加堵塞組合物中某些批料 組分的粒度，來減少空穴的存在。但是，這種改性可導致堵塞沒有足夠的深度，并因此沒有 足夠的機械（或"壓出"）強度。
[0007] 另一方面，對于相同的外部幾何形貌，較短的堵塞提供更小的背壓更高的過濾器 體積，由此降低再生的頻率和改善燃油經(jīng)濟性。此外，較短的堵塞提供更厚的材料利用，由 此降低過濾器制造成本。因此，需要提供堵塞，其盡可能的短但仍然具有所必備的深度來提 供足夠的機械（或"壓出"）強度。
[0008] 同時解決所有這些問題所面臨的挑戰(zhàn)涉及堵塞深度變化。堵塞深度變化通常由堵 塞組合物在不同的過濾器通道中的流動速率的不同而造成。對流動阻力較大的通道中的堵 塞趨于較短，而對流動阻力較小的通道中的堵塞趨于較長。這種變化可導致至少一些較短 的堵塞不能提供必需的機械強度。因此，考慮到對較短堵塞的持續(xù)需求，同時存在提供減少 的堵塞深度變化的需求，從而將堵塞不能提供必需的機械強度的發(fā)生率降到最低。
[0009] 概述
[0010] 本發(fā)明的一種實施方式涉及用于施涂到具有多個平行通道的蜂窩體的組合物。該 組合物包括具有粒度分布的耐火填料。該組合物還包括有機粘合劑、無機粘合劑和液體載 體。選擇耐火填料，耐火填料的粒度分布，有機粘合劑，和粘合劑，從而當施涂該組合物 以堵塞蜂窩體的多個通道時，由該組合物形成的多個堵塞物具有平均堵塞深度和深度極 差（depthrange)，從而對于具有給定橫截面尺寸的通道，深度極差小于平均堵塞深度的 30%〇
[0011] 本發(fā)明的另一實施方式涉及多孔陶瓷蜂窩體，其包括由多孔陶瓷通道壁連接的多 個平行通道。選定的通道包括永久密封到通道壁的堵塞物。該堵塞物包括具有粒度分布的 耐火填料以及無機粘合劑。選擇耐火填料、耐火填料的粒度分布以及無機粘合劑，從而堵塞 物具有平均堵塞深度和深度范圍，從而對于具有給定橫截面尺寸的通道，深度范圍小于平 均堵塞深度的30%。
[0012] 本發(fā)明的另一實施方式涉及將堵塞組合物施涂到具有多個平行通道的蜂窩體的 方法。所述方法包括將組合物施涂到蜂窩體。該組合物包括具有粒度分布的耐火填料。該 組合物還包括有機粘合劑、無機粘合劑和液體載體。選擇耐火填料，耐火填料的粒度分布， 有機粘合劑，和粘合劑，從而當施涂該組合物以堵塞蜂窩體的多個通道時，由該組合物形 成的多個堵塞物具有平均堵塞深度和深度極差，從而對于具有給定橫截面尺寸的通道，深 度極差小于平均堵塞深度的30%。
[0013] 在以下的詳細描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，或按文字描述和其權(quán)利要求書以及附圖中 所述實施本發(fā)明而被認識。
[0014] 本發(fā)明的示例實施方式提供用于施涂到具有多個平行通道的蜂窩體的組合物。該 組合物包括具有粒度分布的耐火填料。該組合物還包括有機粘合劑、無機粘合劑和液體載 體。該無機粘合劑包括多分散膠體氧化硅。
[0015] 本發(fā)明的示例實施方式還提供多孔陶瓷蜂窩體，其包括由多孔陶瓷通道壁圍成的 多個平行通道。選定的通道包括永久密封到通道壁的堵塞物。該堵塞物包括具有粒度分布 的耐火填料以及無機粘合劑。該無機粘合劑包括多分散膠體氧化硅。
[0016] 本發(fā)明的示例實施方式還提供用于把堵塞組合物施涂到具有多個平行通道的蜂 窩體的方法。所述方法包括將組合物施涂到蜂窩體。該組合物包括具有粒度分布的耐火填 料。該組合物還包括有機粘合劑、無機粘合劑和液體載體。該無機粘合劑包括多分散膠體 氧化硅。
[0017] 應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都僅僅是示例性的，用來提供理解 本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。
[0018] 所附附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書 的一部分。【附圖說明】了本發(fā)明的一個或多個實施方式，并與說明書一起用來解釋各種實施 方式的原理和操作。附圖簡要說明
[0019] 圖1是根據(jù)比較性堵塞組合物施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞物的平均堵塞深度和堵 塞深度極差圖。
[0020] 圖2是根據(jù)示例性堵塞組合物施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞物的平均堵塞深度和堵 塞深度極差圖。
[0021] 圖3顯示根據(jù)一示例性實施方式的施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞物的樣品，在600°C 下煅燒3小時，并橫截。
[0022] 圖4顯示根據(jù)一示例性實施方式的施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的橫截的堵塞物的顯微探 針分析。
[0023] 圖5A顯示單模分散膠體氧化硅的透視電子顯微鏡圖像，其粒度范圍d50為約 12nm。圖5B顯示膠體氧化硅的透視電子顯微鏡圖像，其包括約70nm的較大粒度范圍d50 和約12nm的較小粒度范圍d50的多分散混合物。
[0024] 圖6A和6B是用于本文所述的示例性實施方式組合物的膠體氧化硅的粒度分布 (PSD)和表面積圖。
[0025] 圖7顯示根據(jù)示例性實施方式的組合物的堵塞深度圖。
[0026] 圖8顯示根據(jù)一示例性實施方式的施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞物的空氣侵蝕測試 圖，在600°C下煅燒3小時，并在測試之前進行橫截。
[0027] 圖9顯示根據(jù)示例性實施方式的施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞物的堵塞壓出測試。
[0028] 圖10顯示根據(jù)一示例性實施方式的施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的橫截的堵塞物的顯微探 針氧化硅掃描。
[0029] 圖11顯示根據(jù)堵塞組合物示例性實施方式的堵塞密度圖。
[0030] 圖12顯示在熱空氣干燥（HAD)和微波干燥（Mff)下，施涂到蜂窩體結(jié)構(gòu)的堵塞組 合物的示例性實施方式的橫截樣品。
[0031] 圖13顯示示例性實施方式的削減侵蝕結(jié)果。
[0032] 圖14顯示示例性實施方式的堵塞壓出測試結(jié)果。詳細描述
[0033] 下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的各種實施方式。
[0034] 如本文所使用，術(shù)語"平均堵塞深度"指在給定區(qū)域（例如一種或更多種的蜂窩體 的端面）中所有堵塞的總深度（或總長度）除以該區(qū)域中的堵塞的數(shù)目。
[0035] 如本文所使用，術(shù)語"深度極差（range)"指在給定區(qū)域（例如一種或更多種的蜂 窩體的端面）中最深（最長）的堵塞和該區(qū)域中最淺（最短）的堵塞之間的深度差異。
[0036] 如本文所使用，術(shù)語"具有給定橫截面尺寸的通道"指蜂窩體的通道，其具有大致 相同的橫截面大小。例如，對于具有如美國專利號6, 696, 132所述的具有ACT孔幾何形貌 的蜂窩體而言，具有給定橫截面尺寸的通道可指具有較大水力直徑的所有進口孔通道（如 在該專利圖3中的14所示），或者具有較小水力直徑的所有出口孔通道（如在該專利圖3 中的16所示）。
[0037] 如本文所使用，術(shù)語"壓出強度"指將給定堵塞物壓出給定通道所需的壓力（單 位是巴（bar)，除非另有說明）。可通過從頂部（即，距離零件端面最近的一側(cè)）或者底部 (即，距離零件端面最遠的一側(cè)）壓出堵塞物，來測定堵塞物的壓出強度。不管在哪種情況， 使用負載單元將銷釘壓入堵塞物，其中銷釘?shù)臋M截面積優(yōu)選地約為70%的被堵塞的孔道的 橫截面。當從頂部擠壓時，記錄將工具壓入堵塞物0.2英寸時所需的力。當從底部擠壓時， 記錄破碎堵塞物并將它從端面取出時所需的力。當從頂部擠壓時，工具包括三個銷釘，一個 銷釘用于擠壓堵塞物，另外兩個銷釘用于對齊。當從底部擠壓時，孔壁提供導向，只需要擠 壓銷釘。
[0038] 本文所用術(shù)語D1。指的是這樣一種粒度，其中分布中90%的顆粒具有更大的粒度， 而分布中10 %的顆粒具有更小的粒度。
[0039] 本文所用術(shù)語D9q指的是這樣一種粒度，其中分布中90%的顆粒具有比其更小的 粒度，而分布中10%的顆粒具有比其更大的粒度。
[0040] 本文所用術(shù)語D5。指的是這樣一種粒度，其中分布中50%的顆粒具有比其更小的 粒度，而分布中50 %的顆粒具有比其更大的粒度。
[0041] 如本文所使用，術(shù)語"D因子"（Df) = (D5Q-D1Q)/D5。。
[0042] 如本文所使用，術(shù)語"D寬度"（D雛）=(D90-D10) /D50。
[0043] 本文所述的實施方式包括用于施涂到具有多個平行通道的蜂窩體的組合物，例 如用于堵塞具有多個平行通道的蜂窩體的一個或多個通道的組合物。該組合物包括具有粒 度分布的耐火填料，有機粘合劑，無機粘合劑，和液體載體。選擇耐火填料，耐火填料 的粒度分布，有機粘合劑，和無機粘合劑，從而當施涂該組合物以堵塞蜂窩體的多個通道 時，由該組合物形成的多