CN110698162A - 一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，由包括以下组分的原料制备而成：无机结合剂35重量份～45重量份；无机纤维50重量份～60重量份；无机填料0.3重量份～0.7重量份；增稠剂0.1重量份～0.3重量份；所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。与现有技术相比，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，能够在蜂窝陶瓷载体表面形成光滑无裂纹的保护涂层，涂层薄且提高机械性能的能力好，能够对蜂窝陶瓷载体起到保护作用，避免蜂窝陶瓷因自身脆性在机械振动作用下破损；同时兼具保温特性，从而提高了蜂窝陶瓷载体的催化反应效率；本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低，耐温高，在高温条件下不产生二次生烟污染。
Description
技术领域
本发明涉及防护涂料技术领域，更具体地说，是涉及一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的日益提高，汽车逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。据统计，截至2018年底，全国汽车保有量达到2.4亿辆。然而，汽车的快速发展使得汽车尾气的处理成为亟待解决的问题。随着我国对环保要求的加强，汽车尾气的排放标准也随之不断提高，汽车工业逐步给汽车安装尾气催化装置，而蜂窝陶瓷载体由于具有比表面积大、热膨胀系数低、隔热性好、重量轻等优点被广泛应用于汽车尾气催化剂载体。
由于催化剂载体长期使用于颠簸的汽车上，因此要求催化剂载体具有较高的机械强度；然而，蜂窝陶瓷载体脆性大，在机械冲击的作用下容易破损。现有技术以期采用防护涂料提高蜂窝陶瓷载体的力学性能，如公开号为CN109401527A的中国专利公开了一种热防护涂料及其涂覆方法，所述热防护涂料采用环氧树脂、玻璃纤维、SiO2颗粒、填料、固化剂、阻燃剂、增塑剂、耐候剂与溶剂经分散、搅拌混合得到；但是该涂料有机物含量高，高温下有机物烧蚀生烟会产生二次污染，此外，该涂料耐温较低，而催化剂载体的使用温度可达到1100℃以上。再如公开号为CN1091054467A的中国专利公开了一种热防护涂料及其应用，所述热防护涂料的原料组成为无机长纤维、黏土熟料、氧化铝粉、粗颗粒耐火粉料以及无机结合剂；但是该涂料纤维长度较长、填料粒度较大、涂覆厚度较大、涂层表面粗糙，并且耐磨性差，不利于在长期的机械振动条件下使用，因此不宜应用于蜂窝陶瓷载体的防护。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料及其制备方法和应用，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低、涂层薄且提高机械性能的能力好，同时兼具保温特性。
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，由包括以下组分的原料制备而成：
无机结合剂35重量份～45重量份；
无机纤维50重量份～60重量份；
无机填料0.3重量份～0.7重量份；
增稠剂0.1重量份～0.3重量份；
所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。
优选的，所述无机结合剂选自硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶和泡花碱中的一种或多种。
优选的，所述无机纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、含锆纤维和硅酸钙纤维中的一种或多种。
优选的，所述无机填料选自玻璃粉、钛白粉和硅微粉中的一种或多种。
优选的，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基丙基纤维素中的一种或多种。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料的制备方法，包括以下步骤：
将无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂混合后球磨，过筛后得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
优选的，所述球磨的时间为10min～20min。
优选的，所述过筛的筛孔大小为60目～80目。
本发明还提供了一种保护蜂窝陶瓷载体的方法，包括以下步骤：
将涂料涂覆在蜂窝陶瓷载体表面，干燥后煅烧，在蜂窝陶瓷载体表面形成保护涂层；
所述涂料为上述技术方案所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
优选的，所述煅烧的温度为1000℃～1200℃。
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料及其制备方法和应用，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料由包括以下组分的原料制备而成：无机结合剂35重量份～45重量份；无机纤维50重量份～60重量份；无机填料0.3重量份～0.7重量份；增稠剂0.1重量份～0.3重量份；所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。与现有技术相比，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，能够在蜂窝陶瓷载体表面形成光滑无裂纹的保护涂层，涂层薄且提高机械性能的能力好，能够对蜂窝陶瓷载体起到保护作用，从而避免蜂窝陶瓷因自身脆性在机械振动作用下破损；同时兼具保温特性，从而提高了蜂窝陶瓷载体的催化反应效率；此外，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低，耐温高，在高温条件下不产生二次生烟污染。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单易行、条件温和、成本低，适于工业化生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，由包括以下组分的原料制备而成：
无机结合剂35重量份～45重量份；
无机纤维50重量份～60重量份；
无机填料0.3重量份～0.7重量份；
增稠剂0.1重量份～0.3重量份；
所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。
在本发明中，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料包括无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂，优选由无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂组成。
在本发明中，所述无机结合剂优选选自硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶和泡花碱中的一种或多种，更优选为硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶或泡花碱，更更优选为硅溶胶。本发明对所述无机结合剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶和泡花碱的市售商品或自制品均可。在本发明中，所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％，优选为30wt％。
在本发明中，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料包括35重量份～45重量份的无机结合剂，优选为38重量份～43重量份，更优选为42重量份。
在本发明中，所述无机纤维优选选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、含锆纤维和硅酸钙纤维中的一种或多种，更优选为硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、玻璃纤维、含锆纤维或硅酸钙纤维，更更优选为硅酸铝纤维。本发明对所述无机纤维的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、含锆纤维和硅酸钙纤维的市售商品即可。在本发明中，作为原料的无机纤维的纤维长度优选为20mm～30mm。
在本发明中，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料包括50重量份～60重量份的无机纤维，优选为54重量份～58重量份，更优选为57重量份。
在本发明中，所述无机填料优选选自玻璃粉、钛白粉和硅微粉中的一种或多种，更优选为玻璃粉、钛白粉或硅微粉，更更优选为钛白粉。本发明对所述无机填料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述玻璃粉、钛白粉和硅微粉的市售商品即可。在本发明中，所述无机填料的粒度优选为600目～1000目，更优选为800目。
在本发明中，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料包括0.3重量份～0.7重量份的无机填料，优选为0.4重量份～0.7重量份，更优选为0.7重量份。
在本发明中，所述增稠剂优选选自羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基丙基纤维素中的一种或多种，更优选为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟甲基丙基纤维素，更更优选为羧甲基纤维素。本发明对所述增稠剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基丙基纤维素的市售商品即可。
在本发明中，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料包括0.1重量份～0.3重量份的增稠剂，优选为0.2重量份～0.3重量份，更优选为0.3重量份。
本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，能够在蜂窝陶瓷载体表面形成光滑无裂纹的保护涂层，涂层薄且提高机械性能的能力好，能够对蜂窝陶瓷载体起到保护作用，从而避免蜂窝陶瓷因自身脆性在机械振动作用下破损；同时兼具保温特性，点火后蜂窝陶瓷载体内热量不易散失，从而提高尾气处理的效率；此外，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低，耐温高，在高温条件下不产生二次生烟污染。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料的制备方法，包括以下步骤：
将无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂混合后球磨，过筛后得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
在本发明中，所述无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
本发明对所述混合的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的球磨机即可，同时便于后续球磨过程的进行。在本发明中，所述球磨的时间优选为10min～20min，更优选为15min。本发明通过上述球磨过程，除将各原料混合均匀外，还能够使无机纤维的纤维长度变短(经检测球磨后的纤维长度为0.18mm～0.25mm)，提高其分散性，从而有利于后续得到的涂料在蜂窝陶瓷载体表面的薄涂，并进一步形成表面光滑平整、无裂纹的保护涂层。
在本发明中，所述过筛的筛孔大小优选为60目～80目，更优选为60目。
本发明提供的制备方法工艺简单易行、条件温和、成本低，适于工业化生产，具有广阔的应用前景。
本发明还提供了一种保护蜂窝陶瓷载体的方法，包括以下步骤：
将涂料涂覆在蜂窝陶瓷载体表面，干燥后煅烧，在蜂窝陶瓷载体表面形成保护涂层；
所述涂料为上述技术方案所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为1000℃～1200℃，更优选为1100℃。
由于蜂窝陶瓷载体脆性大，路面不平整和气缸的振动易导致蜂窝陶瓷载体在机械应力的作用下破损，为了解决蜂窝陶瓷载体本身存在的问题，本发明提供了上述涂覆于蜂窝陶瓷载体表面的增强涂料，汽车在颠簸路面行驶时，形成的保护涂层对蜂窝陶瓷载体起到一个缓冲和保护作用，使得蜂窝陶瓷载体免于机械振动引起的破损。
本发明提供了一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料及其制备方法和应用，所述蜂窝陶瓷载体表面增强涂料由包括以下组分的原料制备而成：无机结合剂35重量份～45重量份；无机纤维50重量份～60重量份；无机填料0.3重量份～0.7重量份；增稠剂0.1重量份～0.3重量份；所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。与现有技术相比，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，能够在蜂窝陶瓷载体表面形成光滑无裂纹的保护涂层，涂层薄且提高机械性能的能力好，能够对蜂窝陶瓷载体起到保护作用，从而避免蜂窝陶瓷因自身脆性在机械振动作用下破损；同时兼具保温特性，从而提高了蜂窝陶瓷载体的催化反应效率；此外，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低，耐温高，在高温条件下不产生二次生烟污染。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单易行、条件温和、成本低，适于工业化生产，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售；其中，所用的蜂窝陶瓷载体为山东奥福环保科技有限公司提供的DPF载体，规格为13×17-200/300/12。
实施例1
(1)原料组成：
硅溶胶35重量份；
硅酸铝纤维60重量份；
玻璃粉0.3重量份；
羧甲基纤维素0.1重量份；
所述硅溶胶的固含量为40wt％，所述玻璃粉的粒度为600目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨20min，过70目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例2
(1)原料组成：
硅溶胶42重量份；
硅酸铝纤维57重量份；
钛白粉0.7重量份；
羧甲基纤维素0.3重量份；
所述硅溶胶的固含量为30wt％，所述钛白粉的粒度为800目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨15min，过60目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例3
(1)原料组成：
磷酸二氢铝45重量份；
硅酸铝纤维50重量份；
硅微粉0.5重量份；
羟乙基纤维素0.2重量份；
所述磷酸二氢铝的固含量为30wt％，所述硅微粉的粒度为1000目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨15min，过70目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例4
(1)原料组成：
铝溶胶40重量份；
含锆纤维55重量份；
玻璃粉0.6重量份；
羟甲基丙基纤维素0.2重量份；
所述硅溶胶的固含量为40wt％，所述玻璃粉的粒度为800目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨10min，过60目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例5
(1)原料组成：
泡花碱43重量份；
硅酸镁纤维58重量份；
钛白粉0.4重量份；
羟乙基纤维素0.1重量份；
所述泡花碱的固含量为30wt％，所述钛白粉的粒度为1000目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨20min，过80目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例6
(1)原料组成：
磷酸二氢铝38重量份；
玻璃纤维54重量份；
硅微粉0.5重量份；
羧甲基丙基纤维素0.3重量份；
所述磷酸二氢铝的固含量为30wt％，所述硅微粉的粒度为600目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨10min，过60目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例7
(1)原料组成：
泡花碱39重量份；
硅酸钙纤维56重量份；
玻璃粉0.7重量份；
羧甲基纤维素0.1重量份；
所述泡花碱的固含量为30wt％，所述玻璃粉的粒度为800目。
(2)制备方法：
将上述原料于球磨机中混合球磨15min，过70目筛，得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
实施例8
取蜂窝陶瓷载体，分别将实施例1～7提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料涂覆在蜂窝陶瓷载体表面，涂覆厚度为1mm～2mm，干燥后在1100℃下煅烧，在蜂窝陶瓷载体表面形成光滑无裂纹的保护涂层。
以原蜂窝陶瓷载体为对照，测试平行/垂直于孔道方向的耐压强度，结果参见表1所示。
表1本发明实施例1～7提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料的提高机械性能的数据
由表1可知，本发明实施例1～7提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料涂层薄且提高机械性能的能力好，能够对蜂窝陶瓷载体起到保护作用，从而避免蜂窝陶瓷因自身脆性在机械振动作用下破损。
将蜂窝陶瓷载体置于管式反应炉中，将一定浓度的醋酸甲酯通过蜂窝陶瓷催化剂载体，使得醋酸甲酯催化燃烧，采用气相色谱仪在线分析醋酸甲酯浓度，并取醋酸甲酯的转化率分别为50％和90％的炉内温度来评价蜂窝陶瓷载体的催化反应效率。实验结果表明，以实施例2提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料为例，表面涂覆实施例2提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料的蜂窝陶瓷载体，醋酸甲酯转化率分别为50％和90％的炉内温度分别为340℃和465℃；而未涂覆表面增强涂料的蜂窝陶瓷载体，醋酸甲酯转化率分别为50％和90％的炉内温度分别为350℃和480℃。由此可知，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料中纤维含量高，使得涂料导热系数低，具有保温特性，保温效果好，从而提高了蜂窝陶瓷载体的催化反应效率，较高的纤维含量同时提高了涂料的热震稳定性，使得涂料在高温使用过程中不产生裂纹。
另外，本发明提供的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料有机物含量低，耐温高，在高温条件下不产生二次生烟污染。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，由包括以下组分的原料制备而成：
无机结合剂35重量份～45重量份；
无机纤维50重量份～60重量份；
无机填料0.3重量份～0.7重量份；
增稠剂0.1重量份～0.3重量份；
所述无机结合剂的固含量为30wt％～40wt％。
2.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，其特征在于，所述无机结合剂选自硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶和泡花碱中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，其特征在于，所述无机纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维、含锆纤维和硅酸钙纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，其特征在于，所述无机填料选自玻璃粉、钛白粉和硅微粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料，其特征在于，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟甲基丙基纤维素中的一种或多种。
6.一种权利要求1～5任一项所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料的制备方法，包括以下步骤：
将无机结合剂、无机纤维、无机填料和增稠剂混合后球磨，过筛后得到蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为10min～20min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述过筛的筛孔大小为60目～80目。
9.一种保护蜂窝陶瓷载体的方法，包括以下步骤：
将涂料涂覆在蜂窝陶瓷载体表面，干燥后煅烧，在蜂窝陶瓷载体表面形成保护涂层；
所述涂料为权利要求1～5任一项所述的蜂窝陶瓷载体表面增强涂料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1000℃～1200℃。
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