基于水溶胀性粘土的胶接剂和表皮材料，以及用于制备分段的或带表皮的陶瓷蜂窝结构体的方法技术

在多孔陶瓷蜂窝上通过向蜂窝的表面涂敷胶接剂组合物层并且烧制胶接剂组合物，形成表皮和/或粘合层。所述的胶接剂组合物含有水溶胀性粘土，高纵横比无机填料粒子和水，并且几乎或完全没有小于100nm的粒子和纤维素聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于水溶胀性粘土的胶接剂和表皮材料，以及用于制备分段的或带表皮的陶瓷蜂窝结构体的方法本专利技术涉及用于陶瓷过滤器的胶接剂和表皮材料，还涉及用于向陶瓷过滤器涂敷表皮的方法和用于组装分段的陶瓷过滤器的方法。在用途如排放控制装置，特别是在具有内燃机的交通工具中，广泛使用陶瓷蜂窝状结构体。这些结构体也用作催化剂载体。蜂窝结构体含有许多轴向蜂巢，所述轴向蜂巢延伸结构体从入口段到出口端的长度。所述蜂巢被同样沿着结构体的纵向长度延伸的多孔壁限定和分隔。个体的蜂巢分别在出口端或入口端除去帽部，以形成出口或入口蜂巢。通常通过以交替的图案排列入口和出口室，使入口蜂巢至少部分地被出口蜂巢环绕，且反之亦然。在作业过程中， 气体流进入入口蜂巢，穿过多孔壁并进入出口蜂巢，并从出口蜂巢的出口端排出。当气体流穿过壁时，颗粒物质和气溶胶液滴被壁俘获。这些蜂窝结构体当它们被使用时经常经历大的温度变化。一个具体的用途，即柴油机微粒过滤器，是说明性的。在交通工具正常作业期间，用作柴油机微粒过滤器的陶瓷蜂窝结构体经历范围可以从低至-40°C到高达几百。C的温度。此外，当经由高温氧化除去被捕获的有机烟灰粒子时，这些柴油机微粒过滤器在“烧除”或再生循环期间周期性地暴露在甚至更高的温度下。伴随这些温度改变的热膨胀和收缩造成在蜂窝结构体中的显著的机械应力。作为这些应力的结果，部件经常显示机械故障。在“热震”事件期间，当巨大和迅速的温度变化造成在蜂窝结构体中的巨大温度梯度时，该问题特别严重。因此，用于这些用途的陶瓷蜂窝结构体被设计为提供良好的抗热震性。提高陶瓷蜂窝中的抗热震性的一种途径是将它分段。代替由单一的独块体形成整个蜂窝结构体，分别制造许多较小的蜂窝，并随后将它们组装成较大的结构体。使用无机胶接剂将所述较小的蜂窝粘结在一起。无机胶接剂通常比蜂窝结构体更有弹性。正是此较大的弹性允许热引发的应力通过结构体耗散，从而降低了否则可能导致裂纹形成的高局部应力。分段途径的实例见于 USP7, 112，233、USP7, 384，441、USP7, 488，412 和 USP7, 666，240中。涂表皮是提高耐热震性的另一种方法。蜂窝的周边倾向于经历最大的热诱导应力。因为这一点，断裂形成在那里倾向于是普遍的。为对抗该问题，通常移除挤压出的蜂窝的周边区域，并且将其用更有弹性的表皮材料替换。胶接剂和表皮材料含有无机粘合剂，其当烧制时与一种或多种无机填料一起形成无定形粘合相。无机粘合剂典型为胶体二氧化硅、胶体氧化铝或这些的一些组合。这些胶体材料的特征在于它们极其小的粒径(小于250 μ m,通常小于100 μ m)。这些当烧制胶接剂或表皮组合物时形成粘合相，并且将填料粒子保持在一起。此外，通常存在水溶性纤维素聚合物以帮助控制湿胶接剂的流变性质并阻止水分离。这些胶接剂和表皮材料具有的一个重要问题是无机粘合剂容易地穿透至并穿过蜂窝的蜂巢壁。需要小量的渗透以确保良好的粘合，但过量的渗透导致多个不利的效果。周边的壁变得更致密，因为孔变得被胶接剂填充。这些更致密的壁起到热壑(heat sink)的作用，它们比结构体的其他部分更慢地改变温度，并且因为该原因，促进结构体内大温度梯度的形成。此外，无机粘合剂频繁地渗透通过蜂窝结构体的相邻的壁，渗透至蜂巢中并且甚至渗透至内壁中。更少的气体可以流过由于胶接剂向其中的渗透而变得窄化或阻塞的蜂巢；这也导致在结构体内形成更高的温度梯度。这些温度梯度促进了开裂和故障。因此，在一定程度上，涂布更多弹性皮层或胶接剂的益处由所形成的更大的热梯度抵消。缩窄和阻塞还减少过滤器的操作能力。改善这些问题的一种方法是在涂敷胶接剂或表皮材料之前用阻挡涂层(如有机聚合物层，其在烧制步骤期间烧掉)涂布蜂窝。另一种方法是增加胶接剂组合物的粘度。每种途径都有缺点，如增加加工步骤(和相关的成本)，增加使胶接剂固化所需的干燥时间，以及导致在胶接剂层中的开裂和缺陷。纤维素聚合物导致其他问题。这些聚合物的溶液的粘度是高度温度依赖性的。因此，即使具有其温度上小的变化也会观察到湿胶接剂的粘度上大的变化。这导致加工上的不一致性，尤其是当使用自动和/或机器人设备处理溶液时。该问题可以通过小心的温度控制克服，但是这种密切的温度控制需要人们实施在工业环境安装和运行非常昂贵的措施。需要用于这些蜂窝结构体的更好的胶接剂和表皮材料。这种材料将良好地粘附至蜂窝而没有过多的渗透。它应该在一定的温度范围内可容易地加工。此外，胶接剂和表皮材料需要具有可接受的耐热震性和良好的原始强度。它应当在不显著地开裂的情况下干燥。本专利技术是一种未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接剂组合物包含:a) I至18重量％的水溶胀性粘土 ； b)20至70重量％的具有大于250nm的当量直径的非水溶胀性的、非挥发性的、无机填料粒子；C) 20至60重量％的水；d) O至0.1重量％的水溶性纤维素聚合物；和e)0至I重量％的无机粒子具有IOOnm以下的当量直径。本专利技术还是一种形成蜂窝结构体的方法，所述方法包括:(a)在具有多孔壁的陶瓷蜂窝的至少一个表面上形成本专利技术的未固化的无机胶接剂组合物的层，并随后(b)烧制所述未固化的无机胶接剂组合物和所述陶瓷蜂窝，以在所述陶瓷蜂窝的所述至少一个表面上形成固化的胶接剂层，所述固化的胶接剂层可以在分段的蜂窝结构体的片段之间形成粘合层、表皮层、或这两者。本专利技术的胶接剂组合物提供很多益处。它具有非常有益的流变性质，尽管水溶性纤维素聚合物基本上不存在或者完全不存在。水和水溶胀性粘土形成可容易加工的介质，其中无机填料粒子可以在长时间期间内保持稳定地分散。在储存过程中，水或无机填料粒子都不容易地从组合物分离。因此，胶接剂组合物是高度储存稳定的。胶接剂组合物的粘度对温度不高度敏感，并且因为该原因，不需要对胶接剂组合物的温度的小心控制。胶接剂组合物因此可容易地在自动和/或机器人设备上加工。如果需要，可通过水含量上小的改变和/或有机增稠剂的加入容易地调节胶接剂组合物的粘度。胶接剂组合物可以配制为例如自展开的(如通常对于表皮材料所希望的)，或自支撑的(如作为用于分段的蜂窝的胶接剂层所希望的)。本专利技术的显著益处是胶接剂组合物即使当它们在剪切下具有低粘度时也是自支撑的，如下面更完整地描述的。一旦涂敷，胶接剂组合物仅以足以提供良好的粘合的小的程度渗透相邻的陶瓷蜂窝壁，而不容易地穿过该壁渗透至相邻的蜂巢中或至内部蜂窝壁中。组合物在真空下耐受移动，并且因此可以通过由过滤器抽真空容易地进行初始干燥。组合物在干燥过程中展现低收缩。当在升高的温度如50至250°C干燥时，本专利技术的胶接剂组合物非常耐开裂。干燥胶接剂组合物具有足够的原始强度，其组成部分可以容易地处理和操作。一旦烧制组合物，固化的胶接剂展现有益的强度、模量和耐热震性。可以通过以上述范围内的成分的相对比例的调节，以及通过无机填料粒子的选择，将这些性质调节至应用特有的需求。例如，烧制后的胶接剂组合物的热膨胀系数(CTE)也可以通过选择无机填料粒子容易地调节。这允许烧制后的胶接剂组合物的CTE容易地与下方的陶瓷蜂窝的CTE匹配。水溶胀性粘土是天然或合成粘土，当与水接触时，其吸收水并膨胀。水溶胀性便利地通过将2克的粘土以小的(0.1至0.5g)增量加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接剂组合物包含：a)1至18重量％的水溶胀性粘土；b)20至70重量％的具有大于250nm的当量直径的非水溶胀性的、非挥发性的、无机填料粒子；c)20至60重量％的水；d)0至0.1重量％的水溶性纤维素聚合物；和e)0至1重量％的具有100nm以下的当量直径的无机粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.15 US 61/570,9251.一种未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接剂组合物包含: a)I至18重量％的水溶胀性粘土 ； b)20至70重量％的具有大于250nm的当量直径的非水溶胀性的、非挥发性的、无机填料粒子； c)20至60重量％的水； d)0至0.1重量％的水溶性纤维素聚合物；和 e)0至I重量％的具有IOOnm以下的当量直径的无机粒子。2.权利要求1所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述水溶胀性粘土当将2克的所述粘土以小增量加入至室温蒸馏水时膨胀到至少15mL的体积。3.权利要求1或2所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述水溶胀性粘土是膨润土。4.权利要求1-3中 的任一项所述的未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接剂组合物含有I至7重量％的所述水溶胀性粘土。5.任一在前权利要求所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述无机填料粒子包括至少一种高纵横比填料。6.权利要求5所述的未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接剂组合物含有10至45重量％的所述高纵横比填料。7.权利要求5或6所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述高纵横比填料是低生物耐久性纤维。8.任一在前权利要求所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述无机填料粒子包括氧化铝。9.权利要求8所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述氧化铝和水溶胀性粘土以0.25至2份的氧化铝比一份粘土的重量比存在。10.权利要求9所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述氧化铝和水溶胀性粘土以0.3至1份的氧化铝比一份粘土的重量比存在。11.权利要求8-10中的任一项所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述氧化铝和水溶胀性粘土一起占所述组合物的3至15重量％。12.任一在前权利要求所述的未固化的无机胶接剂组合物，其中所述无机填料粒子包括除了氧化铝或水溶胀性粘土之外的低纵横比粒子。13.权利要求12所述的未固化的无机胶接剂组合物，所述未固化的无机胶接...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·J·皮茨克，沙伦·M·艾伦，彼得·C·索西耶，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US