一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體泥料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體泥料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直徑2 10.5in.的大規(guī)格堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷載體是中大型內(nèi)燃機(jī)氣態(tài)污染排放后 處理技術(shù)的催化劑載體，如:柴油機(jī)選擇性催化還原SCR載體、清潔燃料內(nèi)燃機(jī)三效催化轉(zhuǎn) 化器TWC載體、氧化催化轉(zhuǎn)化器D0C載體及氨逃逸轉(zhuǎn)化器ASC載體等。國(guó)V、VI排放法規(guī)對(duì)機(jī) 動(dòng)車排氣污染物更低的排放限值以及機(jī)動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的快速嚴(yán)格化，要求必須把蜂窩陶 瓷載體壁厚降低到5mil以下，以獲得更大的催化劑涂覆表面積及更低的流動(dòng)阻力。
[0003] 蜂窩陶瓷催化劑載體的生產(chǎn)工藝包括:粉體配方及制備、添加劑工藝技術(shù)、泥料混 煉工藝、擠出成型設(shè)備及工藝、干燥工藝和燒成工藝等，各工藝環(huán)節(jié)均會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，形 成多因素、多水平的正交試驗(yàn)研究過程。傳統(tǒng)壁厚2 7mil的大規(guī)格蜂窩陶瓷載體制備工藝 與高性能薄壁蜂窩陶瓷載體制造工藝差距較大，其中泥料制備是影響蜂窩陶瓷載體成品性 能和成型模具使用壽命的基礎(chǔ)工藝環(huán)節(jié)。
[0004] 擠出成型的堇青石蜂窩陶瓷載體制造多采用普通無(wú)機(jī)原料，泥料制備僅考慮原料 的化學(xué)成分、粒度、晶體形貌特征，生產(chǎn)壁厚2 7mil的常規(guī)壁厚的大規(guī)格蜂窩陶瓷載體可滿 足性能指標(biāo)要求。泥料制備過程中，無(wú)機(jī)原料的粉碎使原料表面形成大量斷鍵，粉體顆粒易 團(tuán)聚，影響粉體制備的均勻性，直接破壞堇青石合成時(shí)的晶型規(guī)則排列，同時(shí)，斷鍵吸附過 多水離子，形成厚度較大的水化膜(見圖一），不僅使粉料顆粒間的微觀潤(rùn)滑性變差，增大成 型工藝擠出機(jī)壓力，降低成型設(shè)備和模具的使用壽命，較高的純凈水加入量，也使干燥收縮 率增大，出現(xiàn)網(wǎng)格孔道變形、干燥開裂等問題?；诖?，本發(fā)明提出了一種制造高性能大規(guī) 格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體的泥料制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)傳統(tǒng)制備工藝生產(chǎn)大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體泥料存在加水量大、干燥 困難、干燥收縮大、易干燥開裂，及泥料流動(dòng)性差，擠出阻力大，設(shè)備模具容易損壞等問題， 本發(fā)明提供了一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料，包括無(wú)機(jī)原料，有機(jī)粘結(jié)劑，水 以及硅烷偶聯(lián)劑，無(wú)機(jī)原料由片狀滑石，片狀水洗高嶺土，片狀氧化鋁，電熔石英構(gòu)成。
[0006] 本發(fā)明還提供一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料的制備方法包括如下 步驟：
[0007] 制備無(wú)機(jī)原料和硅烷偶聯(lián)劑的混合粉末；向混合粉末中加入有機(jī)粘結(jié)劑和水;捏 合，煉泥。
[0008] 本發(fā)明還提供一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體的制備方法，包括將上 述方法制備得到的泥料擠制成生坯，燒制，保溫得到催化劑載體。
[0009] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，硅烷偶聯(lián)劑的通式為:Y-R-Si_X3，其中：R選自烷基或芳基;X 選自甲氧基、乙氧基或氯原子，Y為有機(jī)反應(yīng)基。進(jìn)一步優(yōu)選，有機(jī)反應(yīng)基選自乙烯基、環(huán)氧 基、氨基或巰基等。烷基包括但不限于&-c5的烷基，例如，甲基，乙基，正丙基，異丙基，正丁 基，異丁基等。芳基包括但不限于&-&8的芳基。
[0010] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，有機(jī)助劑包括甲基纖維素、有機(jī)硅聚醚共聚物和豆油。
[0011] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，有機(jī)粘結(jié)劑加入量是無(wú)機(jī)原料總重量的2-10% ;
[0012] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，硅烷偶聯(lián)劑加入量是無(wú)機(jī)原料總重量的0.01-10%;進(jìn)一步優(yōu) 選，硅烷偶聯(lián)劑是無(wú)機(jī)原料總重量的0.05-8%;更優(yōu)選，硅烷偶聯(lián)劑占無(wú)機(jī)原料總重量的 0.1-1% ；
[0013] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，泥料的擠制壓力為9-14MPa。
[0014] 本發(fā)明的大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體是指直徑2 10.5in，壁厚壁厚<7mil的 陶瓷載體。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為：
[0016] 使用硅烷偶聯(lián)劑在泥料制備過程中對(duì)片狀滑石、片狀水洗高嶺土、片狀氧化鋁、電 熔石英等與無(wú)機(jī)原料進(jìn)行表面改性，硅烷偶聯(lián)劑在原料表面形成取代基-〇Si(CH 3)2_，使無(wú) 機(jī)材料具有疏水性。以表面改性的無(wú)機(jī)原料制備的大規(guī)格堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料，水 化膜厚度小、干燥收縮小，可有效降低熱膨脹系數(shù);泥料較好的流動(dòng)性，使成型壓力低，可有 效降低成型設(shè)備和模具的磨損程度，同時(shí)，表面取代基-〇Si(CH 3)2_，可在載體內(nèi)部形成-0-Si-0-Si-三維網(wǎng)絡(luò)，提高坯體強(qiáng)度，減少燒成開裂，可得到較高的燒成合格率(95-99%)。
【附圖說明】
[0017] 圖1:硅烷偶聯(lián)劑改性無(wú)機(jī)粉體示意圖
[0018] 圖2:實(shí)施例4的堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體定向排列微觀圖
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1:
[0020] (1)無(wú)機(jī)物粉體構(gòu)成:D50 = 15μπι的片狀滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高嶺土29.8 %、 D50 = 20ym的片狀氧化錯(cuò)21.2%、D50 = 4.0ym的電恪石英9.0%。無(wú)機(jī)粉體經(jīng)無(wú)重力干混后， 添加4%的甲基纖維素、0.5%的機(jī)硅聚醚共聚物、1 %的豆油和35%的水，進(jìn)行捏合和真空 練泥，成型機(jī)以19.0MPa的壓力把泥料擠制成Φ13Χ6?η.的300孔/in2、壁厚5mil的薄壁蜂 窩陶瓷催化劑載體生坯，經(jīng)干燥后測(cè)試，生坯收縮率:3.5 %，軸向抗壓強(qiáng)度:0.52MPa，彎筋 和粗筋缺陷率:4.5%。
[0021 ] (2)經(jīng)1415°C燒制，保溫8小時(shí)，得到堇青石催化劑載體，燒成合格率90.1 %。產(chǎn)品 性能：熱膨脹系數(shù)1.0 X 10-6/°C (室溫_800°C)，吸水率33 %，軸向抗壓強(qiáng)度16.7MPa，650°C 三次熱震測(cè)試無(wú)開裂。
[0022] 實(shí)施例2:
[0023] (1)無(wú)機(jī)物粉體構(gòu)成:D50 = 15μπι的片狀滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高嶺土29.8 %、 D50 = 20μπι的片狀氧化鋁21.2 %、D50 = 4. Ομπι的電熔石英9.0 %。外加0.2 %的ΚΗ550硅烷偶 聯(lián)劑與粉體同步進(jìn)行無(wú)重力干混，對(duì)粉體改性。
[0024] (2)添加5 %的甲基纖維素、0.5 %的機(jī)硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，進(jìn)行 捏合和真空練泥，成型機(jī)以13.8MPa的壓力把泥料擠制成Φ 13 X 6in.的300孔/in2、壁厚 5mil的薄壁蜂窩陶瓷催化劑載體生坯，經(jīng)干燥后測(cè)試，干燥收縮：3.1 %，軸向抗壓強(qiáng)度： 1. lOMPa，彎筋、粗筋缺陷率:3.0%。
[0025] (3)經(jīng)1415°C燒制，保溫8小時(shí)，得到堇青石催化劑載體，燒成合格率95.5 %，產(chǎn)品 性能:熱膨脹系數(shù)0.92 X 10-6/°C (室溫_800°C)，吸水率31.2 %，軸向抗壓強(qiáng)度17.5MPa，650 °〇三次熱震測(cè)試無(wú)開裂。
[0026] 實(shí)施例3:
[0027] (1)無(wú)機(jī)物粉體構(gòu)成:D50 = 15μπι的片狀滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高嶺土29.8 %、 D50 = 20μπι的片狀氧化鋁21.2 %、D50 = 4. Ομπι的電熔石英9.0 %。外加0.4%的ΚΗ550硅烷偶 聯(lián)劑與粉體同步進(jìn)行無(wú)重力干混，對(duì)粉體改性。
[0028] (2)添加5 %的甲基纖維素、0.5 %的機(jī)硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，進(jìn)行 捏合和真空練泥，成型機(jī)以11.9MPa的壓力把泥料擠制成Φ13Χ6?η.的300孔/in2、壁厚 5mil的薄壁蜂窩陶瓷催化劑載體生坯，經(jīng)干燥后測(cè)試，干燥收縮：2.9%，軸向抗壓強(qiáng)度： 1.32MPa，彎筋、粗筋缺陷率:2.2%。
[0029] (3)經(jīng)1415°C燒制，保溫8小時(shí)，得到堇青石催化劑載體，燒成合格率97.2 %，產(chǎn)品 性能:熱膨脹系數(shù)0.86 X 10-6/°C (室溫_800°C)，吸水率30.2 %，軸向抗壓強(qiáng)度18.3MPa，650 °〇三次熱震測(cè)試無(wú)開裂。
[0030] 實(shí)施例4:
[0031] (1)無(wú)機(jī)物粉體構(gòu)成:D50 = 15μπι的片狀滑石40.0 %、D50 = 6μπι的生高嶺土29.8 %、 D50 = 20μπι的片狀氧化鋁21.2 %、D50 = 4. Ομπι的電熔石英9.0 %。外加0.8 %的ΚΗ550硅烷偶 聯(lián)劑與粉體同步進(jìn)行無(wú)重力干混，對(duì)粉體改性。
[0032] (2)添加5 %的甲基纖維素、0.5 %的機(jī)硅聚醚共聚物、1 %的豆油和25 %的水，進(jìn)行 捏合和真空練泥，成型機(jī)以9. IMPa的壓力把泥料擠制成Φ 13 X 6iη.的300孔/in2、壁厚5mi 1 的薄壁蜂窩陶瓷催化劑載體生坯，經(jīng)干燥后測(cè)試，干燥收縮：2.5%，軸向抗壓強(qiáng)度： 1.83MPa，彎筋、粗筋缺陷率:0.5%。
[0033] (3)經(jīng)1415°C燒制，保溫8小時(shí)，得到堇青石催化劑載體，燒成合格率為99.0 %，所 得的堇青石蜂窩陶瓷載體的性能為：熱膨脹系數(shù)0.75X10-6/°C(室溫_800°C)，吸水率 28.5 %，軸向抗壓強(qiáng)度20.5MPa，650°C三次熱震測(cè)試無(wú)開裂。
[0034] 表1不同泥料制備堇青石載體比較
[0035]
[0036]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料，其特征在于，所述泥料包括無(wú)機(jī)原料， 有機(jī)粘結(jié)劑，水以及硅烷偶聯(lián)劑;所述無(wú)機(jī)原料由片狀滑石，片狀水洗高嶺土，片狀氧化鋁 和電熔石英構(gòu)成。2. 如權(quán)利要求1所述泥料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑的通式為:Y-R_Si-X3，其中：R 選自烷基或芳基;X選自甲氧基、乙氧基或氯原子，Y為有機(jī)反應(yīng)基。3. 如權(quán)利要求2所述泥料，其特征在于，所述有機(jī)反應(yīng)基選自乙烯基、環(huán)氧基、氨基或巰 基。4. 如權(quán)利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述有機(jī)助劑包括甲基纖維素、有機(jī)硅聚醚 共聚物和豆油。5. 如權(quán)利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑加入量是無(wú)機(jī)原料總重量 的2-10% 〇6. 如權(quán)利要求2或3所述泥料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑加入量是無(wú)機(jī)原料總重量 的 0.01-10%。7. 如權(quán)利要求1所述大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟： 制備無(wú)機(jī)原料和硅烷偶聯(lián)劑的混合粉末；向混合粉末中加入有機(jī)粘結(jié)劑和水;捏合，煉 泥。8. -種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體的制備方法，包括如權(quán)利要求7的方法 制備泥料，將制備得到的泥料擠制成生坯，燒制，保溫得到催化劑載體。9. 如權(quán)利要求8所述載體的制備方法，其特征在于，所述泥料的擠制壓力為9-14MPa。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)格薄壁堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料，包括無(wú)機(jī)原料，有機(jī)粘結(jié)劑，水以及硅烷偶聯(lián)劑，無(wú)機(jī)原料由片狀滑石，片狀水洗高嶺土，片狀氧化鋁，電熔石英構(gòu)成。使用硅烷偶聯(lián)劑在泥料制備過程中對(duì)片狀滑石、片狀水洗高嶺土、片狀氧化鋁、電熔石英等與無(wú)機(jī)原料進(jìn)行表面改性，硅烷偶聯(lián)劑在原料表面形成取代基-OSi(CH3)2-，使無(wú)機(jī)材料具有疏水性。以表面改性的無(wú)機(jī)原料制備的大規(guī)格堇青石蜂窩陶瓷載體用泥料，水化膜厚度小、干燥收縮小，可有效降低熱膨脹系數(shù)；泥料較好的流動(dòng)性，使成型壓力低，可有效降低成型設(shè)備和模具的磨損程度，同時(shí)，表面取代基-OSi(CH3)2-，可在載體內(nèi)部形成-O-Si-O-Si-三維網(wǎng)絡(luò)，提高坯體強(qiáng)度，減少燒成開裂，可得到較高的燒成合格率。<!-- 2 -->
【IPC分類】C04B38/00, C04B35/195, C04B35/632
【公開號(hào)】CN105503233
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510926162
【發(fā)明人】黃妃慧, 劉洪月, 潘吉慶
【申請(qǐng)人】重慶奧福精細(xì)陶瓷有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日