控制鈦酸鋁性質的摻混氧化鋁的制作方法
【專利說明】控制鈦酸鋁性質的摻混氧化鋁
[0001] 本申請要求2012年9月21日提交的美國申請第13/624043號的優(yōu)先權，其全文 通過引用結合于此。
[0002] 本文所述的任何出版物或專利文獻的全文內容通過參考結合于本文。
【背景技術】
[0003] 本發(fā)明一般地涉及制造鈦酸鋁陶瓷制品的方法。

【發(fā)明內容】

[0004] 在一些實施方式中，本發(fā)明提供了制造鈦酸鋁陶瓷制品的方法，其采用兩種不同 氧化鋁，具體是細粒度氧化鋁（"氧化鋁2"）和粗粒度氧化鋁（"氧化鋁1"）的比例，來控 制物理性質和陶瓷過濾器性能性質。在一些實施方式中，具有主要是粗粒度氧化鋁的組合 物可以使得陶瓷產(chǎn)品具有較大的總體粒度，這可實現(xiàn)較高的催化劑負載。具有主要是細粒 度氧化鋁的組合物可使得陶瓷產(chǎn)品具有較高的強度。
【附圖說明】
[0005] 在實施方式中：
[0006] 圖1圖示性顯示了細氧化鋁（菱形）和粗氧化鋁（方形）的對比粒度分布。
[0007] 圖2圖示性顯示了過濾器體的孔隙率性質與細粒度氧化鋁含量的重量百分比的 關系。
[0008] 圖3圖示性顯示了過濾器體的熱膨脹系數(shù)（CTE)性質與細粒度氧化鋁含量的重量 百分比的關系。
[0009] 圖4圖示性顯示了對于"掩模-燒制（mask-to-fired)"制品，過濾器體的收縮率 性質與細粒度氧化鋁含量的重量百分比的關系。
[0010] 圖5圖示性顯示了隨著細粒度氧化鋁含量的重量百分比增加，過濾器體的孔徑分 布的性質。
[0011] 圖6圖示性顯示了過濾器體的裂斷模量（M0R)性質與細粒度氧化鋁含量的重量百 分比的關系。
[0012] 圖7顯示用于制造選擇的過濾器體組合物中的各種批料成分的粒度分布。
[0013] 圖8顯示用于制造選擇的過濾器體組合物中的所列成分的粒度分布。
【具體實施方式】
[0014] 以上的概述和以下的詳述僅僅是示例和說明性的，不構成所要求保護的本發(fā)明的 限制。本領域技術人員通過閱讀說明書和實施本文所揭示的實施方式，可以顯而易見地想 到其它的實施方式。本說明書和實施例僅是示例性的，本發(fā)明真正的范圍由所附權利要求 書來限定。
[0015] 定義
[0016] 除非另外說明，否則本文所用的不定冠詞"一個"或"一種"及其相應的定冠詞"該" 表示至少一（個/種），或者一（個/種）或多（個/種）。
[0017] "包括"、"包含"或類似術語表示包括但不限于，即內含而非排它。
[0018] 本公開內容的實施方式的描述中用來對例如組合物中成分的量、濃度、體積、過程 溫度、過程時間、產(chǎn)率、流速、壓力和類似數(shù)值及其范圍進行修飾的"約"是指可能發(fā)生的數(shù) 值量的改變，例如，源自制備配混物、組合物、復合物、濃縮物或使用制劑所用的常規(guī)測量和 操作過程；源自這些過程中的偶然性誤差；源自用來實施所述方法的起始材料或成分的生 產(chǎn)、來源或純度的差異；以及類似因素。術語"約"還包括由于具有特定初始濃度或混合物 的組合物或制劑的老化而不同的量，以及由于混合或加工具有特定初始濃度或混合物的組 合物或制劑而不同的量。
[0019] 除非另有說明，否則本說明書和權利要求書中使用的所有數(shù)字均應理解為在所有 情況下都受"約"字修飾，不管是否具有這樣的表述。本說明書和權利要求書中使用的精確 數(shù)值構成本發(fā)明的額外實施方式。已盡力保證實施例所揭示的數(shù)值的準確度。然而，任何 測定的數(shù)值必然會含有由各種測定技術中存在的標準偏差所造成的某些誤差。
[0020] 實施方式中"主要由……組成"是指例如本發(fā)明的制劑或組合物，以及制品、裝置 或任意設備，并且可包括權利要求中列出的組分或步驟，以及對本發(fā)明的組合物、制品、設 備或制備和使用方法的基本性質和新穎性不造成實質性影響的其他組分或步驟，如所選的 特定反應物、特定添加劑或成分、特定試劑、特定表面調節(jié)劑或表面條件，或者類似結構、材 料或工藝變量。
[0021] 可采用本領域普通技術人員熟知的縮寫（例如，表示小時的"h"或"hr"，表示克的 "g"或"gm"，表示毫升的"mL"，表示室溫的"rt"，表示納米的"nm"，表示沸點的"bp"，以及 類似縮寫）。
[0022] 組分、成分、添加劑和類似方面所公開的具體和優(yōu)選數(shù)值及其范圍僅用于說明，它 們不排除其它定義數(shù)值或定義范圍內的其它數(shù)值。本發(fā)明的制劑、組合物、裝置、設備和方 法可包括本文所述的數(shù)值或數(shù)值的任何組合、具體數(shù)值、更具體的數(shù)值和優(yōu)選數(shù)值。
[0023] 氧化鋁可占鈦酸鋁（AT)批料的高至約50重量％。由于組合物中該大百分比的氧 化鋁，氧化鋁材料的一致性的任意變化會對最終產(chǎn)品的性質造成劇烈影響。因此，需要小心 地考慮以維持材料一致性。雖然這導致在最終燒制性質和收縮行為方面相當堅固的產(chǎn)品， 但是僅僅具有單個具體尺寸的氧化鋁不能實現(xiàn)性質的簡單變化并且需要其他方法來為收 縮擾動進行調節(jié)或反應。在用于下一代的方法中，檢查了低和高孔隙率鈦酸鋁組合物、其他 成分（例如，一種或多種成孔劑、碳酸鹽、甲基纖維素和類似成分）作為實現(xiàn)所需最終性質 的方式。對于低孔隙率鈦酸鋁，氧化硅，摻混2:1 =K:FMETH0CEL?纖維素醚（即，不同％ 甲氧基和％羥丙氧基取代水平的特級羥丙基甲基纖維素）的比例，以及石墨和豌豆淀粉混 合物作為成孔劑，用于調節(jié)這些性質和維持收縮控制。
[0024] 共同擁有和轉讓的相關待審專利申請公開了選擇窄粒度分布氧化鋁（參見 USSN: 12/550, 011)，或者使得氧化鋁粒度與成孔劑尺寸匹配（參見USSN: 12/394, 956)。共 同擁有的USSN12/844, 250提及了在細粒度氧化鋁（"氧化鋁2"）使用較高的鈉含量，以 及優(yōu)勢堿金屬可以作為收縮控制戰(zhàn)略。共同擁有的USSN12/624, 998提及了如何制造用于 DuraTrap?AT陶瓷過濾器產(chǎn)品中的細粒度氧化鋁（"氧化鋁2")，通過采用較粗的"其他" 有機和無機成分來抵消細粒度氧化鋁組分會賦予燒制陶瓷的最終性質的影響。
[0025] 通常，具有通過調節(jié)僅僅兩種成分的比例來控制鈦酸鋁陶瓷過濾器性質的能力是 高度希望的制造戰(zhàn)略。本發(fā)明提供了實現(xiàn)該戰(zhàn)略的詳細描述。
[0026] 本發(fā)明涉及制造含鈦酸鋁陶瓷材料的方法。"批料材料"及其變化形式指的是基本 均勾的混合物，其包含：a)無機材料；b)成孔材料；以及c)粘合劑。
[0027] 在各種示例性實施方式中，無機材料可包括來自至少一種氧化鋁源的顆粒，例如， 對于單一氧化鋁源具有單一粒度分布或者對于兩種不同氧化鋁源具有兩種不同粒度分布， 至少一種氧化鈦源，至少一種氧化硅源，至少一種鍶源，以及至少一種鈣源。
[0028] 氧化鋁源可包括粉末，將其在不存在其它原料的情況下加熱至足夠高的溫度時， 會產(chǎn)生基本純的鋁氧化物。
[0029] 在一些實施方式中，總氧化鋁源可占無機材料的至少44重量％，但是不超過52重 量％，例如，占無機材料的47. 0-51. 9重量％，包括中間值和范圍。
[0030]在一些實施方式中，總氧化鋁源可以是單一的細粒度氧化鋁（"氧化鋁2"）、單一 的粗粒度氧化鋁（"氧化鋁1")，或其組合。氧化鋁1粗粒度氧化鋁可以具有例如10-12微 米的d50,氧化鋁2細粒度氧化鋁可以具有例如6-9微米的d50。
[0031] 可以對總氧化鋁源進行選擇，使得氧化鋁源的中值顆粒直徑是例如，1-45微米、 2-25微米、5-20微米、8-15微米、9-12微米，包括中間值和范圍，例如9. 0-11. 0微米。
[0032] 在一些實施方式中，本發(fā)明提供了組合物和方法，其包括至少一種氧化鋁源，例 如，細顆粒氧化鋁（"氧化鋁2")、粗顆粒氧化鋁（"氧化鋁1")，或其組合。市售可得的細顆 粒氧化鋁（"氧化鋁2"）是A2-325,市售可得的粗顆粒氧化鋁（"氧化鋁1"）是A10-325， 都購自賓夕法尼亞州利茨代爾的艾爾馬特斯有限公司（Almatis,Inc.，ofLeetsdale，PA)， 以及馬薩諸塞州西地市微型磨料公司（MicroAbrasivesCorp.，ofWestfield,MA)銷售的 商品名為MicrogritWCA20、WCA25、WCA30、WCA40、WCA45 和WCA50 的那些。在一些實施方 式中，所述至少一種氧化鋁源是前述的細粒度氧化鋁A2-325( "氧化鋁2"）。
[0033] 氧化鈦源可包括但不限于，金紅石、銳鈦礦和無定形氧化鈦。例如，在一些實施 方式中，所述至少一種氧化鈦源可以是購自特拉華州威爾明頓的杜邦鈦技術公司（DuPont TitaniumTechnologiesofWilmington,DE)的Ti-Purel!R_l〇l°
[0034] 在一些實施方式中，所述至少一種氧化鈦源可以占無機材料的至少20重量％，例 如占無機材料的至少25重量％或者至少30重量％。
[0035] 氧化硅源可以包括非晶體氧化硅（例如熔融氧化硅或溶膠-凝膠氧化硅）、硅樹 月旨、低氧化鋁基本不含堿的沸石、硅藻土、高嶺石和晶體氧化硅（例如石英或白硅石）。此 外，氧化硅源可包括形成氧化硅的源，其包含在加熱時形成游離二氧化硅的化合物，例如， 硅酸或硅有機金屬化合物。例如，在一些實施方式中，所述至少一種氧化硅源可以是購自伊 利諾伊州特洛伊格羅夫的優(yōu)尼敏公司（UniminofTroyGrove，IL)的Cerasil300,或者是 購自伊利諾伊州厄爾科的優(yōu)尼敏公司（Unim