專利名稱：：陶瓷擠壓成型體用組合物以及制備陶瓷擠壓成型體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種陶瓷擠壓成型體用組合物，還涉及一種制備陶瓷擠壓成型體的方法。
背景技術(shù)：
：陶瓷的擠壓成型是通過使陶瓷生坯或組合物通過具有所需形狀的模具成為片狀、棒狀、中空管狀、矩形柱狀、中空矩形柱狀或蜂窩結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的，陶瓷生坯或組合物通過混合并捏合例如有機(jī)粘合劑、表面活性劑、潤滑劑和增塑劑的成型助劑與陶瓷材料獲得。特別地，陶瓷蜂窩體形式的擠壓成型體已經(jīng)在汽車領(lǐng)域和各種行業(yè)中用作排氣凈化催化劑的載體、過濾器和熱交換器。根據(jù)最近的排氣標(biāo)準(zhǔn)的修訂，蜂窩結(jié)構(gòu)的間壁更薄，從而提高了凈化性能、減少壓力損失并改善了熱交換效率。在相關(guān)的技術(shù)中，陶瓷擠壓成型體用組合物完全利用纖維素醚作為有機(jī)粘合劑，因?yàn)槔w維素醚具有極好的可塑性、保水性和熱凝性。然而，這些纖維素瞇的不利之處在于在擠壓成型過程中增加了與模具部分的摩擦力，從而由于該摩擦阻力使擠壓溫度升高。最終，擠壓成型組合物中的纖維素醚熱致可逆地凝膠化，從而增塑劑的流動(dòng)性惡化，導(dǎo)致成型壓力增加。得到的陶資擠壓成型體不能迅速地從擠壓成型模具中壓出。通常，在對向其中添加無熱凝性的有機(jī)粘合劑的組合物進(jìn)行擠壓成型的過程中，當(dāng)出料溫度提高時(shí)，取決于有機(jī)粘合劑的粘度降低，從而成型速度更快。在^f吏用熱致可逆性膠凝纖維素醚作為有機(jī)粘合劑成型陶瓷擠壓成型體時(shí)，存在難以增加成型速度的問題。為了改善擠壓成型性以克服這些問題，已經(jīng)使用了如JP-A11-58335和JP-A2002-293645所提出的多種有機(jī)添加劑進(jìn)行了研究，但是尚未獲得令人滿意的結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種陶瓷擠壓成型體用組合物，其確保高成型速度并能夠生產(chǎn)無干裂的陶瓷擠壓成型體。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備該陶瓷擠壓成型體的方法。我們已經(jīng)進(jìn)行了大量研究以實(shí)現(xiàn)上述目的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用包含陶瓷材料、水溶性纖維素醚和苯乙烯磺酸鹽的擠壓成型用陶瓷組合物時(shí)，在高溫下擠壓成型成為可能，從而擠壓成型速度可以加快。根據(jù)本發(fā)明，提供一種陶瓷擠壓成型體用組合物，其包括陶瓷材料、水溶性纖維素醚、苯乙烯磺酸鹽和水。組合物的陶瓷材料優(yōu)選地選自堇青石陶瓷、碳化硅、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋁。水溶性纖維素醚優(yōu)選地選自烷基纖維素、羥烷基纖維素和羥烷基烷基纖維素。組合物優(yōu)選包括100重量份的陶資材料、1-15重量份的水溶性纖維素醚、1-15重量份的苯乙烯磺酸鹽和10-50重量份的水。此外，還提供一種制備陶瓷擠壓成型體的方法，包括捏合上述組合物、擠壓成型該組合物、干燥并燒結(jié)。發(fā)明的有益效果使用本發(fā)明的組合物，擠壓成型過程中使用的成型溫度上限可以提高，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)能力。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的組合物中使用的陶瓷材料包括氧化鋁陶資、堇青石陶瓷、碳化硅、氮化硅、金屬硅、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋁等。其中，堇青石陶瓷、碳化硅、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋁是優(yōu)選的。水溶性纖維素醚優(yōu)選為熱致可逆膠凝性水溶性纖維素醚，例如烷基纖維素、羥烷基纖維素和羥烷基烷基纖維素。具體例子包括甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素等。水溶性纖維素醚的粘度優(yōu)選為100-300，OOOmPa.s，更優(yōu)選為40，000-100，000mPas，使用2wt。/。的水溶液在20。C時(shí)測定。對于甲基纖維素，優(yōu)選的取代度為甲氧基的25-35wt%。對于羥乙基纖維素，優(yōu)選的取代度為羥乙氧基的25-65wt%。對于羥丙基甲基纖維素，取代度分別為甲氧基的20-35wt%,羥丙氧基的l-20wt%。對于羥乙基甲基纖維素，取代度分別為甲氧基的20-35wt%，羥乙氧基的l-20wt%。對于羥乙基乙基纖維素，取代度分別為乙氧基的10-50wt%，羥乙氧基的1-50wt%。此外，水溶性纖維素醚的加入量相對于IOO重量份的陶瓷材料優(yōu)選為1-15重量份，更優(yōu)選為3-7重量份。在該范圍內(nèi)，在陶瓷成型后干燥的成型體中無裂紋產(chǎn)生，在隨后的燒結(jié)過程中燒盡的粘合劑的量不會(huì)變大，在燒結(jié)過程中當(dāng)收縮時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂紋。其次，苯乙烯磺酸鹽包括對苯乙烯磺酸鉀、對苯乙烯磺酸鈉、鄰苯乙烯磺酸鉀、鄰苯乙烯磺酸鈉、間苯乙烯磺酸鉀和間苯乙烯磺酸鈉。其中，優(yōu)選對苯乙烯磺酸鐘，因?yàn)榭梢蕴岣咚苄岳w維素醚水溶液的熱凝溫度。需要注意盡管并不限制制備對苯乙烯磺酸鉀的方法，但是通常的做法是通過溴乙苯磺酸的脫溴化氫反應(yīng)來制備該化合物。苯乙烯磺酸鹽的加入量基于100重量份的陶瓷材料優(yōu)選為1-15重量份，更優(yōu)選為1-5重量份。水的加入量基于100重量份的陶乾材料優(yōu)選為10-50重量份，更優(yōu)選為15-35重量份。除了上述成分，本發(fā)明的陶資組合物還可以進(jìn)一步加入增塑劑和有機(jī)造孔劑。增塑劑包括丙三醇或其衍生物、失水山梨醇脂肪酸酯及聚丙烯和聚乙烯或聚丁二烯的共聚物和其衍生物。可以使用有機(jī)造孔劑，其被加入以使陶瓷自重變輕或使其成為多孔體。造孔劑的加入量基于100重量份的陶瓷材料優(yōu)選為0.1-20重量份，更優(yōu)選為1-10重量份，在該范圍內(nèi)造孔效果可以達(dá)到所需程度。此外，可以進(jìn)一步添加合成水溶性聚合物，例如聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺等，天然水溶性聚合物，例如瓜爾膠等，以及微生物發(fā)酵多糖，例如文萊膠(welangum)等，現(xiàn)有技術(shù)中這些物質(zhì)與水溶性纖維素醚結(jié)合使用。根據(jù)本發(fā)明制備陶瓷擠壓成型體的方法，首先干混陶瓷材料和水溶性纖維素醚，然后向其中加入水和其它組分進(jìn)行濕混。利用捏合機(jī)捏合以該方式制得的陶瓷組合物以提供一種陶瓷擠壓成型體或產(chǎn)品用混合物(生坯或組合物)。在此情況下，混合物的溫度優(yōu)選為0-30匸，更優(yōu)選為15-25°C。隨后，利用真空擠壓機(jī)將混合物擠壓為所需形狀獲得成型體。成型體的溫度優(yōu)選為0-95'C，更優(yōu)選為20-80t:。對得到的成型體進(jìn)行均勻干燥(利用微波等通過感應(yīng)加熱進(jìn)行干燥)和非均勻干燥(通過通風(fēng)干燥)以確認(rèn)是否產(chǎn)生裂紋。對于均勻干燥，將擠壓成型體切至約20-30mm的長度，得到的試樣用IOOW的微波每加熱一分鐘則翻轉(zhuǎn)一次，重復(fù)該步驟6次，由此可以確認(rèn)是否存在裂紋。另一方面，對于非均勻干燥，將擠壓成型體切至約20-30mm的長度，在干燥器中(例如80'C)利用來自一個(gè)方向的熱空氣干燥所得到的試樣一個(gè)小時(shí)，隨后確認(rèn)是否存在裂紋。實(shí)施例實(shí)施例用以具體說明本發(fā)明，其不應(yīng)作為對發(fā)明的限制。實(shí)施例1-20將表1和2中所示的除水以外的材料利用亨舍爾混合機(jī)混合3分鐘，向其中加入規(guī)定量的水，隨后通過4x3/4英寸、小型的三輥滾軋機(jī)(InoueManufacturingCo.，Ltd.制造)五次，并通過水冷卻的方式使混合物的溫度保持為15-25"C。使用螺旋直徑為20mm的小型真空擠壓成型機(jī)，實(shí)現(xiàn)外徑為20.5mm、孔距(pitch)為2.5mm、壁厚為0.5mm的蜂窩體的擠壓成型，擠壓壓力為5-10MPa，優(yōu)選7MPa，隨后在相應(yīng)的擠壓成型壓力下測定成型體的溫度。將成型體切至50mm的長度，隨后，將得到的試件用IOOW的微波每處理一分鐘則翻轉(zhuǎn)一次，重復(fù)該操作六次。然后，利用熱空氣(例如80t:)干燥擠壓成型體一個(gè)小時(shí)以確認(rèn)是否存在裂紋。干燥后對裂紋的觀察結(jié)果示于表1。將干燥體置于燒結(jié)爐中并在500。C下保溫3小時(shí)以從中除去粘合劑。燒結(jié)成型體，對于氧化鋁，在1650'C下保持3小時(shí)，對于碳化硅，在例如氬氣等惰性氣氛中在2100'C下保持3小時(shí)，對于其它類型的材料將干燥成型體置于氧化^溪護(hù)套中在1400"C下保持3小時(shí)。用"是"或"否"評價(jià)燒結(jié)體中的裂紋狀態(tài)，結(jié)果適于表1和2。(1)陶瓷材料氧化鋁陶瓷Ltd.制造堇青石陶瓷碳化硅制造鈦酸鋇鋯鈦酸鉛制造鈦酸鋁AL-160，ShowaLightmetalIndustriesCo.,AF-2，Mar羅GlazeCo.,Ltd.制造GP-IOOO，Si畫oElectricRefiningCo.，Ud.YT-51，KCMCorporationCo.,Ltd.制造PE-60A，F(xiàn)ujiTitaniumIndustryCo.,Ud.RecoxitA，OhceraCo.，Ltd.制造(2)水溶性纖維素醚[l]羥丙基曱基纖維素(甲氧基=29wt%,羥丙氧基=9wt%，20°C下2wt%水溶液的粘度:4000mPa.s，利用BL粘度計(jì)3號(hào)轉(zhuǎn)子在12rpm下測定)羥丙基甲基纖維素(甲氧基==28wt%，羥丙氧基=6wt%，20°C下2wt%水溶液的粘度4000mPa.s，利用BL粘度計(jì)3號(hào)轉(zhuǎn)子在12rpm下測定)羥丙基甲基纖維素(甲氧基=29wt%，羥丙氧基=9wt%，20*C下2wt%水溶液的粘度10，OOOmPa.s，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在30rpm下測定)羥丙基甲基纖維素(甲氧基=28wt%，羥丙氧基=6wt%，2O'C下2wt%水溶液的粘度:15，OOOmPa.s，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在30rpm下測定)〖5]羥丙基甲基纖維素(曱氧基-29wt%，羥丙氧基=9wt%，201C下2wt%水溶液的粘度:30，OOOmPa.s，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在12rpm下測定)羥丙基甲基纖維素(甲氧基=28wt%，羥丙氧基=6wt%，20*€下2wt%水溶液的粘度:75，000mPas，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在6rpm下測定)羥丙基曱基纖維素(曱氧基=23wt%，羥丙氧基-7wt%,20X:下lwt。/。水溶液的粘度:100，000mPas，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在3rp邁下測定)甲基纖維素(甲氧基-30.5wt%，20匸下2wt。/。水溶液的粘度8，000mPa's，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在30rpm下測定)羥乙基纖維素(羥乙氧基-54wt。/。，20。C下2wt。/。水溶液的粘度10，000mPa.s，利用BL粘度計(jì)4號(hào)轉(zhuǎn)子在30rpm下測定)(3)苯乙烯磺酸鹽對苯乙烯磺酸鉀WakoPureChemicalsCo.,Ltd.的一級(jí)試劑對苯乙烯磺酸鈉WakoPureChemicalsCo.,Ltd.的一級(jí)試劑表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(MeO:甲氧基。HPO:羥丙氧基，HEO:羥乙氧基)表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(MeO:曱氧基。HPO:羥丙氧基，HEO:羥乙氧基)權(quán)利要求1.陶瓷擠壓成型體用組合物，其包括陶瓷材料、水溶性纖維素醚、苯乙烯磺酸鹽和水。2.根據(jù)權(quán)利要求l的組合物，其中所述陶瓷材料選自堇青石陶瓷、碳化硅、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛和鈦酸鋁。3.根據(jù)權(quán)利要求l的組合物，其中所述水溶性纖維素醚選自烷基纖維素、羥烷基纖維素和羥烷基烷基纖維素。4.根據(jù)^又利要求1的組合物，其中所述組合物包括100重量份的陶瓷材料、1-15重量份的水溶性纖維素醚、l-15重量份的苯乙烯磺酸鹽和10-50重量份的水。5.制備陶瓷擠壓成型體的方法，包括以下步驟捏合權(quán)利要求l限定的組合物；對所得到的混合物進(jìn)行擠壓成型、干燥并燒結(jié)。全文摘要一種陶瓷擠壓成型體用組合物，其包括陶瓷材料、水溶性纖維素醚、苯乙烯磺酸鹽和水。還提供了一種使用該組合物制備陶瓷擠壓成型體的方法。文檔編號(hào)C04B35/195GK101638316SQ20091015969公開日2010年2月3日申請日期2009年7月31日優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日發(fā)明者新延信吾,早川和久申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社