CN113557089A - 用于增强催化剂载体涂料粘附性的粘合剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了由具有不同平均颗粒的多种粘合剂材料形成的粘合剂组合物，所述粘合剂组合物可用于改善载体涂料在基材上的粘附性。粘附性的改善可以与在不显著或大幅度增加相关联的粘度的情况下增加粘合剂浓度有关。此类粘合剂组合物可以包括由具有第一平均粒度的多个颗粒形成的第一粘合剂材料和由具有第二平均粒度的多个颗粒形成的第二粘合剂材料，其中所述第一平均粒度与所述第二平均粒度的比率为约2或更大。本公开进一步提供了并入有所述粘合剂组合物的催化剂组合物、催化剂制品和排放物系统。

Description

用于增强催化剂载体涂料粘附性的粘合剂组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月14日提交的美国临时申请第62/818378号和于2019年5月20日提交的欧洲申请第19175283.1号的全文的优先权权益。
技术领域
本发明总体上涉及可用于形成催化剂的组合物的领域，并且涉及包含此类组合物的催化制品以及制备并使用此类催化制品的方法的领域。
背景技术
随着时间的推移，氮氧化物(NOx)的有害组分造成了大气污染。如来自内燃机(例如，汽车和卡车中)、燃烧装置(例如，由天然气、石油或煤加热的发电站)和硝酸生产设备的废气中含有NOx。
已经使用各种处理方法来处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。一种处理涉及氮氧化物的催化还原。有两种方法：(1)非选择性还原方法，其中一氧化碳、氢气或低级烃用作还原剂；以及(2)选择性还原方法，其中氨或氨前体用作还原剂。在选择性还原方法中，可以用少量的还原剂实现高程度的氮氧化物去除。
可用于提供此类催化还原的催化制品通常通过将催化剂材料通常以载体涂料组合物的形式施涂到基材来制备。为了确保催化制品的耐久性，载体涂料组合物在催化制品的整个使用寿命中以最小的损失保持基本上粘附到基材是有益的。
为了增强催化剂载体涂料与基材之间的粘合强度，可以向载体涂料组合物中添加一种或多种粘合剂。然而，通过使用粘合剂来改善载体涂料对基材的粘合可能是有问题的。增加载体涂料组合物中的总粘合剂含量可以显著增加所述组合物的总粘度，而这继而会阻碍载体涂料组合物沿基材均匀涂覆。涂覆的不均匀性然后会导致载体涂料随时间的推移而损失。另一方面，降低载体涂料组合物中的总粘合剂含量可能会不期望地降低载体涂料对基材的粘合强度。粘合强度的降低然后会导致载体涂料随时间的推移而损失。因此，可能难以获得为了实现合适的损失曲线所需的合适的粘合剂含量，并且本领域仍然需要用于形成催化制品的另外的粘合剂组合物。
发明内容
本公开涉及可用于形成催化剂制品的组合物。所述组合物包含具有不同平均粒度的多种粘合剂，所述多种粘合剂以经限定的比率存在。包含所述多种粘合剂的所述组合物有益于增强催化剂载体涂料在基材上的粘附性。本文特别描述的多种粘合剂的组合可以增加总粘合剂含量，可以利用所述总粘合剂含量而不会使载体涂料粘度不期望地增加。同样，多种粘合剂的所述组合可以改善与其粘附到所述基材的所述载体涂料的粘弹性行为。
在一个或多个实施例中，本公开可以涉及一种包括具有经限定的比率和大小的多种粘合剂材料的粘合剂组合物。例如，所述粘合剂组合物可以包括：第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；其中所述第一平均粒度与所述第二平均粒度的比率为约2或更大。在另外的实施例中，可以关于以下陈述中的一个或多个陈述来定义所述粘合剂组合物，所述陈述可以以任何数量和顺序组合。
所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料独立地选自由以下组成的组：含氧化铝材料、含二氧化硅材料、含氧化锆材料、含二氧化铈材料、含氧化镧材料、含氧化钇材料和其组合。
所述第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且所述第二粘合剂材料是含氧化锆材料。
所述粘合剂组合物进一步包括第三粘合剂材料，所述第三粘合剂材料由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，其中所述第三平均粒度与所述第一平均粒度的比率为约2或更大，或者其中所述第二平均粒度与所述第三平均粒度的比率为约2或更大。
所述粘合剂组合物进一步包括第三粘合剂材料，所述第三粘合剂材料由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，其中所述第一平均粒度与所述第三平均粒度的比率为约2或更大。
所述第一平均粒度为约50nm到约1000nm。
所述第二平均粒度为约10nm到约500nm。
所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料以约0.01到约0.5的浓度比率存在。
所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料中的一种或两种是催化性的。
在一个或多个实施例中，本公开可以涉及一种载体涂料浆料。例如，此类载体涂料浆料可以包括：液体介质；以及如本文另外描述的粘合剂组合物。在另外的实施例中，可以关于以下陈述中的一个或多个陈述来定义所述载体涂料浆料，所述陈述可以以任何数量和顺序组合。
所述粘合剂组合物以约0.01到约1.0g/in3的量存在，并且其中所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约100cP或更小。
所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约50cP或更小。
所述载体涂料浆料进一步包括催化剂材料。
在一个或多个实施例中，本公开可以涉及一种催化剂制品。例如，一种催化剂制品可以包括催化剂基材，所述催化剂基材具有适于气体流动的多个通道，每个通道的壁表面粘附到包括本文另外描述的粘合剂组合物的催化涂料。在另外的实施例中，可以关于以下陈述中的一个或多个陈述来定义所述催化剂制品，所述陈述可以以任何数量和顺序组合。
所述催化涂料包括与所述粘合剂组合物组合的催化剂材料。
所述催化剂基材是包括壁流式过滤器基材或流通式基材的蜂窝。
所述催化涂料以至少约1.0g/in3的负载量存在于所述基材上。
所述催化剂基材包含所述催化涂料的第一涂层并且包含具有不同总体组成的第二涂层，所述第二涂层位于所述催化涂料的所述第一涂层的至少一部分的上面。
可以满足以下条件中的一个或两个：所述第一粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的总干增益的约0.1wt％到约5wt％的量存在；所述第二粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的所述总干增益的约7wt％到约20wt％的量存在。
在一个或多个实施例中，本公开可以涉及一种用于处理废气流的排放物处理系统。例如，排放物处理系统可以包括：发动机，所述发动机产生废气流；以及如本文另外描述的催化剂制品，所述催化剂制品定位于所述发动机的下游并且与排气流流体连通。
附图说明
为了提供对本发明的实施例的理解，参考附图，其未必按比例绘制，并且其中参考数字是指本发明的示例性实施例的组件。附图仅是示例性的，并且不应当被解释为限制本发明。
图1是蜂窝型基材载体的透视图，所述蜂窝型基材载体可以包括根据本发明的载体涂料组合物；
图2是相对于图1放大并且沿平行于图1的基材载体的端面的平面截取的局部横截面视图，所述基材载体表示整体流通式基材，所述图示出了图1所示的多个气流通道的放大视图；
图3是相对于图1放大的部分的剖视图，其中图1中的蜂窝型基材载体表示壁流式过滤器基材整体；
图4是排放物处理系统的示意图，其中利用了本发明的载体涂料组合物；
图5是排放物处理系统的示意图，其中本发明的载体涂料组合物用于形成并排涂层；
图6是排放物处理系统的示意图，其中利用了本发明的载体涂料组合物；
图7是排放物处理系统的示意图，其中利用了本发明的载体涂料组合物并且所述排放物处理系统包含任选的颗粒过滤器；
图8是示出了根据本公开的实施例的示例载体涂料组合物基于第一粘合剂的颗粒和第二粘合剂的颗粒的相对负载量的粘度(cP)的等值线图，其中第二粘合剂(y轴)和第一粘合剂(x轴)是相对于基线归一化的负载量；并且
图9是示出了根据本公开的实施例的示例载体涂料基于在制备用于形成载体涂料的组合物中使用的第一粘合剂的颗粒和第二粘合剂的颗粒的相对负载量的损失百分比的等值线图，其中第二粘合剂(y轴)和第一粘合剂(x轴)是相对于基线归一化的负载量。
具体实施方式
现在将在下文更全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不应当被解释为限制于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分传递给本领域的技术人员。
除非上下文另外明确规定，否则如本说明书和权利要求书中所用，单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包含多个指示物。
本说明书中使用的术语“约”用于描述和说明小的波动。例如，术语“约”可以指小于或等于±5％，如小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.2％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。无论是否明确指出，本文中的所有数值都用术语“约”来修饰。由术语“约”修饰的值当然包含具体值。
本公开总体上提供了可以包含多种粘合剂的组合物。所述组合物可以包含一种或多种催化剂，并且所述一种或多种催化剂可以包含所述多种粘合剂中的一种或多种粘合剂或者可以以除粘合剂之外的形式存在。本公开进一步提供了载体涂料组合物、催化剂制品以及包括此类催化剂制品的催化剂系统。在一个或多个实施例中，此类制品和系统可以包括三元转化(TWC)催化剂组合物、柴油氧化催化剂(DOC)、SCR和/或氨氧化催化剂(AMOx)。如此，在某些实施例中，如本文另外描述的，本组合物可以以流通式基材上的一个涂层或多个涂层的形式提供。在另外的实施例中，如本文另外描述的，本组合物可以以壁流式基材上的一个涂层或多个涂层的形式提供。
出于本申请的目的，以下术语应具有下文所阐述的相应含义。
如本文所使用的，术语“催化剂”或“催化剂组合物”是指促进反应的材料。
如本文所用，术语“上游”和“下游”是指根据发动机废气流从发动机流向尾管的相对方向，其中发动机在上游位置，并且尾管和任何污染减轻制品(如过滤器和催化剂)在发动机下游。
如本文所用，术语“流”广义地指可能含有固体或液体微粒物质的流动气体的任何组合。术语“气流”或“废气流”意指气态成分流(如稀燃发动机的排气)，其可含有夹带的非气态组分，如液滴、固体微粒等。稀燃发动机的废气流通常进一步包括燃烧产物、不完全燃烧的产物、氮的氧化物、可燃和/或含碳微粒物质(烟灰)以及未反应的氧和氮。
如本文所使用的，术语“基材”是指通常为含有其上含有催化组合物的多个颗粒的载体涂料的形式在其上放置有催化剂组合物的整体材料。载体涂料是通过在液体媒剂中制备含有一定固体含量(例如，10-80重量％)的颗粒的浆料来形成的，所述载体涂料然后被涂覆到基材上并且干燥以提供载体涂料层。
如本文所使用的，术语“载体涂料”在本领域中的通常含义为施涂到基材材料(如蜂窝型载体构件)上的催化材料或其它材料的薄的粘附涂层，所述薄的粘附涂层足够多孔以允许所处理的气流通过。
如本文所使用的，术语“催化剂制品”是指用于促进期望反应的元件。例如，催化剂制品可以包括在基材上的含有催化组合物的载体涂料。
术语“减少”意指量的减少，并且“减少”意指通过任何方式引起的量的减少。
在一个或多个实施例中，本公开提供了粘合剂组合物。所述粘合剂组合物由多种不同的粘合剂材料形成。如此，粘合剂组合物可以至少包括第一粘合剂材料和第二粘合剂材料。在另外的实施例中，还可以使用另外的粘合剂材料，并且此类粘合剂材料可以称为例如第三粘合剂材料、第四粘合剂材料等。粘合剂材料可以在一个或多个方面不同。例如，粘合剂材料可以在所述材料的化学性质方面不同。在其它实例中，粘合剂材料可以在如形成粘合剂材料的颗粒的平均大小等一种或多种物理性质方面不同。在特定实施例中，粘合剂材料可以在化学结构和一种或多种物理性质方面均不同。
在一些实施例中，已经发现，当根据本公开的粘合剂组合物至少包括由具有第一平均粒度的多个颗粒形成的第一粘合剂材料和由具有第二平均粒度的多个颗粒形成的第二粘合剂材料时，可以获得特别期望的效果。在其中使用第三粘合剂材料、第四粘合剂材料或甚至更多种粘合剂材料的实施例中，第三粘合剂材料可以由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，第四粘合剂材料可以由具有第四平均粒度的多个颗粒形成，依此类推。
如本文所使用的，粘合剂粒度可以是D50粒度，或者粘合剂粒度可以是平均粒度。术语“平均粒度”被定义为测量的所有颗粒的粒度之和除以颗粒总数。粒度可以使用本领域中的任何合适的手段来计算。例如，粒度可以使用激光衍射、动态光散射(或光子相关光谱法)、沉降、图像分析、声谱法来测量，或者可以使用任何其它本领域公认的方法。可以使用CILAS1064激光粒度分析仪根据制造商推荐的液体模式方法以0.04微米到500微米的测量范围测量粘合剂组分的粒度。对于<40nm的颗粒，可以使用Malvern Zetasizer Pro测量粒度，所述Malvern Zetasizer Pro是一种高性能的两角度颗粒和分子大小分析仪，所述分析仪用于使用动态光散射、利用‘NIBS’光学器件来增强聚集体的检测和小样品或稀释样品以及极低或极高浓度样品的测量。
形成粘合剂颗粒的材料可以根据其具体期望的用途而变化。例如，为了制备催化剂制品，可能期望的是利用也表现出催化剂活性的粘合剂材料。因此，在一些实施例中，粘合剂组合物中使用的一种或多种粘合剂材料可以是催化剂材料或可以以其它方式提供功能作用。同样，所使用的粘合剂材料可以特别适合于改进具体催化剂材料对基材的粘合。在一些实施例中，稀土金属氧化物可以用作粘合剂材料。在示例实施例中，第一粘合剂材料和第二粘合剂材料(以及任选的第三粘合剂材料或甚至另外的粘合剂材料)可以独立地选自由以下组成的组：含氧化铝材料、含二氧化硅材料、含氧化锆材料、含二氧化铈材料、含氧化镧材料、含氧化钇材料和其组合。在另外的示例实施例中，在本公开的组合物中使用的粘合剂材料可以包含由二氧化铈、氧化锆、氧化钇、氧化镧和其组合形成的粘合剂。
在一个实施例中，第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且第二粘合剂材料是含氧化锆材料。在一个实施例中，粘合剂组合物包括：第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；其中第一平均粒度与第二平均粒度的比率为约2或更大，其中第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且第二粘合剂材料是含氧化锆材料。在另一个实施例中，粘合剂组合物包括：第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；其中第一平均粒度与第二平均粒度的比率为约2或更大，其中第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且第二粘合剂材料是含氧化锆材料，其中第一平均粒度为约50nm到约1000nm，其中第二平均粒度为约10nm到约500nm。在仍另一个实施例中，粘合剂组合物包括：第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；其中第一平均粒度与第二平均粒度的比率为约2或更大，其中第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且第二粘合剂材料是含氧化锆材料，其中第一平均粒度为约50nm到约1000nm，其中第二平均粒度为约10nm到约500nm，其中第一粘合剂材料和第二粘合剂材料以约0.01到约0.5的浓度比率存在。
在一些实施例中，本文使用的粘合剂材料以基于各种粘合剂材料的平均粒度的特定比率组合。除非本文另有说明，否则与各种粘合剂材料有关的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了清晰而使用，并且应理解，针对“第一粘合剂材料”和“第二粘合剂材料”或另外的各种粘合剂材料的描述是可互换的。
作为非限制性实例，第一粘合剂材料的平均粒度与第二粘合剂材料的平均粒度的比率可以为约2或更大。换言之，第一粘合剂材料的平均粒度可以比第二粘合剂材料的平均粒度大至少2倍(或更多)。在另外的实施例中，第一粘合剂材料的第一平均粒度与第二粘合剂材料的第二平均粒度的比率可以为约2.5或更大、约3或更大、约3.5或更大、约4或更大、约5或更大、或约6或更大。在另外的示例实施例中，第一粘合剂材料的第一平均粒度与第二粘合剂材料的第二平均粒度的比率可以为约1到约7、约1到约5、约1.5到约4、或约2到约3。
在其中粘合剂组合物中包含第三粘合剂材料的实施例中，第三粘合剂材料的平均粒度可以小于第一粘合剂材料的平均粒度或者可以大于第三粘合剂材料的平均粒度。例如，第三粘合剂材料的第三平均粒度与第一粘合剂材料的第一平均粒度的比率可以为约1.5或更大、约2或更大、约2.5或更大、约3或更大、约4或更大、或约5或更大，如约1到约7、约1.5到约6或约2到约5。进一步地，第二粘合剂材料的第二平均粒度与第三粘合剂材料的第三平均粒度的比率可以为约1.5或更大、约2或更大、约2.5或更大、约3或更大、约4或更大、或约5或更多，如约1到约5、约1到约5、约1.5到约4或约2到约3。
在其中粘合剂组合物中包含第三粘合剂材料的实施例中，第三粘合剂材料的平均粒度可以小于第一粘合剂材料的平均粒度或者可以大于第三粘合剂材料的平均粒度。例如，第一粘合剂材料的第一平均粒度与第三粘合剂材料的第三平均粒度的比率可以为约1.5或更大、约2或更大、约2.5或更大、约3或更大、约4或更大、或约5或更大，如约1到约7、约1.5到约6或约2到约5。
在一些实施例中，第二粘合剂材料是各自具有某一平均粒度的两种或更多种不同粘合剂材料的组合。在此实施例中，第二粘合剂材料将具有平均粒度。
在一些实施例中，至少一种粘合剂材料的平均粒度可以为约50nm到约1000nm、约50nm到约750nm、约50nm到约500nm、约50nm到约400nm、约50nm到300nm、或约50nm到约250nm。在一些实施例中，具有在此类范围内的颗粒的粘合剂材料可以被称为具有相对较大平均粒度的颗粒。
在另外的实施例中，至少一种粘合剂材料的平均粒度可以为约10nm到约750nm、约10nm到约500nm、约10nm到约250nm、约10nm到约150nm、约15nm到约150nm、或约20nm到约120nm。在一些实施例中，具有在此类范围内的颗粒的粘合剂材料可以被称为具有相对较小平均粒度的颗粒。
在示例实施例中，第一粘合剂材料可以由具有第一平均大小的多个颗粒形成，并且第二粘合剂材料可以由具有第二平均大小的多个颗粒形成。第一平均大小可以相对大于第二平均大小，反过来第二平均大小可以相对小于第一平均大小。优选地，独立于第一粘合剂颗粒的绝对平均大小和第二粘合剂颗粒的绝对平均大小，第一粘合剂材料的颗粒和第二粘合剂材料的颗粒的相对大小表现出本文另外描述的比率。
如果存在的话，则第三粘合剂材料可以是根据以上提供的比率在大小上大于第一粘合剂材料颗粒的多个颗粒，或者可以是根据以上提供的比率在大小上小于第二粘合剂材料颗粒的多个颗粒。可替代地，如果存在的话，则第三粘合剂材料可以这样的多个颗粒：所述多个颗粒经大小设定成在大小上小于第一粘合剂材料颗粒并且在大小上大于第二粘合剂材料颗粒，只要整体大小比率符合以上提供的比率即可。更具体地，粘合剂材料颗粒的相对平均大小可以根据以下中的任一项，其中B1是第一粘合剂材料的平均粒度，B2是第二粘合剂材料的平均粒度，并且B3是第三粘合剂材料的平均粒度，并且其中相对平均大小在以上另外描述的比率范围内：B1>B2；或B2>B1；或B1>B2>B3；或B2>B1>B3；或B2>B3>B1；或B3>B2>B1；或B3>B2>B1；或B1>B3>B2。在一个特定实施例中，B1>B2；或B1>B2>B3；或B1>B3>B2。
除了大小比率之外，在一些实施例中，可以根据存在的各种粘合剂材料的浓度比率来定义粘合剂组合物。在特定实施例中，具有相对较小平均粒度的粘合剂材料以比具有相对较大平均粒度的粘合剂材料更高的浓度存在可能是期望的。例如，具有相对较大平均粒度的粘合剂材料和具有相对较小平均粒度的粘合剂材料可以以约0.01到约0.95、约0.01到约0.9、约0.01到约0.8、约0.02到约0.6、约0.02到约0.5、或约0.3到约0.5的浓度比率存在。此类浓度比率可以适用于所使用的具有依次相对较大或依次相对较小平均粒度的每种另外的粘合剂材料。
由于多种原因，提供较大浓度的具有相对较小平均粒度的粘合剂材料可能是有利的。例如，在一些实施例中，具有较大浓度的具有相对较小平均粒度的粘合剂颗粒可以有利于增加可以使用的粘合剂材料的总量。具有较高的粘合剂材料总量可以提高催化剂载体涂料与催化剂基材之间的粘合强度。同样，具有较大浓度的具有相对较小平均粒度的粘合剂颗粒可以有利于保持或甚至降低用于将催化剂载体涂料施涂到催化剂基材的载体涂料浆料的粘度。这可以有利于改善沿基材长度的载体涂料均匀性，并且因此避免基材上的催化剂涂料区域不期望地较厚和/或基材上的催化剂涂料区域不期望地较厚。因此，使用本公开的粘合剂组合物可以实现粘合剂量的增加，同时保持或甚至降低粘合剂载体涂料粘度。这可以有益于扩大操作窗口以增强催化剂对基材的粘附性。
在另外的实施例中，本公开可以提供由液体介质和如本文另外描述的粘合剂组合物形成的载体涂料浆料。载体涂料浆料中使用的液体介质可以特别地是水性介质，并且可以具体地是水。形成粘合剂组合物中使用的两种或更多种粘合剂材料的粘合剂材料颗粒可以单独地或者与专用催化剂材料组合地存在于载体涂料浆料中。短语“专用催化剂材料”可以表示专门用于在形成催化剂制品中作为催化剂而存在并且与粘合剂组合物中使用的任何粘合剂材料分离的催化剂材料，所述任何粘合剂材料也起催化剂材料的作用。
载体涂料浆料中使用的粘合剂组合物可以以经限定的量存在，同时保持期望的低粘度。优选地，粘合剂组合物以足以在基材上提供指定的粘合剂负载量的浓度存在于载体涂料浆料中。在描述载体涂料浆料中存在的材料(例如，粘合剂材料和/或催化剂材料)的量时，可以方便地使用这样的单位：每单位体积涂覆有载体涂料的基材的组分重量。因此，单位克每立方英寸(“g/in3”)和克每立方英尺(“g/ft3”)在本文中用于意指每单位体积基材构件(包含基材构件的空隙空间的体积)的组分重量。在一个或多个实施例中，粘合剂组合物可以以约0.01g/in3到约1.0g/in3、约0.05g/in3到约0.95g/in3、约0.1g/in3到约0.9g/in3、约0.15g/in3到约0.8g/in3、或约0.2g/in3到约0.5g/in3的负载量存在于载体涂料浆料中。在一些实施例中，粘合剂含量可以被定义为按整个浆料的固体含量计的浓度。例如，可以期望的是，按载体涂料浆料的总重量计，包含粘合剂组合物的载体涂料组合物包括约10重量％到约60重量％、约15重量％到约50重量％、或约20重量％到约40重量％的固体。优选地，粘合剂组合物占载体涂料浆料的总固体含量的约1重量％到约50重量％、约1.5重量％到约35重量％、或约2重量％到约20重量％。因此，在一些实施例中，按载体涂料浆料的总重量计，粘合剂组合物可以占载体涂料浆料的约0.1重量％到约12重量％、约0.2重量％到约10重量％、或约0.4重量％到约8重量％。在一个实施例中，载体涂料浆料包括：液体介质；如本文另外描述的粘合剂组合物，其中粘合剂组合物以约0.01到约1.0g/in3的量存在，并且其中载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约100cP或更小。
本组合物的特别有益之处在于可以实现粘合剂负载量的增加，而不会不期望地增加载体涂料浆料的粘度。例如，可以使用布氏粘度计(Brookfield viscometer)在室温下以约300s-1的剪切速率以厘泊(cP)为单位测量粘度。在一些实施例中，以上文所述的负载量包括如本文所述的粘合剂组合物的载体涂料浆料的粘度可以为约120cP或更低、约100cP或更低、约80cP或更低、约60cP或更低、或约50cP或更低(例如，其中下限大于一)。更具体地，如上所述的载体涂料浆料的粘度可以是约5cP到约120cP、约5cP到约100cP、约10cP到约80cP、或约15cP到约60cP。
如上所述，除粘合剂材料外，本文所述的载体涂料浆料还可以包含一种或多种催化剂材料。在一些实施例中，例如，粘合剂组合物可以与适合用于例如TWC催化剂和/或四元转化(FWCTM)催化剂组合物的一种或多种催化剂组合物一起使用。根据监管机构和/或汽车制造商的要求，具有TWC功能的催化剂组合物可以包含对烃(HC)、一氧化碳(CO)氧化和NOx还原有效的催化剂组合物。以这种方式，提供如铂、钯和铑等铂族金属组分以实现HC、CO和NOx转化，并且提供足够的储氧组分(OSC)以实现足够的储氧能力，从而确保在不同A/F(空气与燃料)比率的环境中适当的HC、NOx和CO转化。足够的储氧能力通常意指在汽车制造商定义的完整使用寿命陈化后，催化剂可以储存和释放最少量的氧气。例如，有用的储氧能力可以是每升氧气至少100mg(如在1050℃放热陈化80小时后，每升氧气约200mg)。合适的储氧组分的实例包含二氧化铈和氧化镨，并且此类材料以混合氧化物的形式提供。例如，二氧化铈可以通过铈和锆的混合氧化物和/或铈、锆和钕的混合氧化物递送。例如，氧化镨可以通过镨和锆的混合氧化物和/或镨、铈、镧、钇、锆和钕的混合氧化物递送。合适的TWC催化剂组合物可以包含例如在美国专利第8,815,189号、美国专利第9,266,092号和美国专利第9,981,258号中所述的那些，所述美国专利的公开内容通过引用并入本文。
单独的粘合剂组合物(如当粘合剂材料中的一种或多种粘合剂材料也起催化剂材料的作用时)或与一种或多种专用催化剂材料组合的粘合剂组合物可以用于催化剂制品中，其中(单独或与催化剂材料组合的)粘合剂组合物可以提供在催化剂基材上。根据一个或多个实施例，基材可以由通常用于制备汽车催化剂的任何材料构成，并且将通常包括金属或陶瓷蜂窝结构。基材通常提供多个壁表面，所述多个壁表面上施涂并粘附有至少包含粘合剂组合物的载体涂料，从而充当用于所施涂的组合物的载体。
示例性金属基材包含耐热金属和金属合金，如钛和不锈钢以及其中铁是实质组分或主要组分的其它合金。这样的合金可以包含镍、铬和/或铝中的一种或多种，并且这些金属的总量可以有利地占合金的至少15wt.％，例如10-25wt.％铬、3-8wt.％铝和至多20wt.％镍。合金还可以含有少量或痕量的一种或多种其它金属，如锰、铜、钒、钛等。表面或金属载体可以在高温(例如，1000℃或更高)下氧化，以在基材表面上形成氧化物层，从而提高合金的耐腐蚀性并促进载体涂料层与金属表面的粘附性。
用于构造基材的陶瓷材料可以包含任何适合的难熔材料，例如，堇青石、莫来石、堇青石-α氧化铝、碳化硅、氮化硅、钛酸铝、锆石莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅氧化镁、硅酸锆、硅线石、硅酸镁、锆石、透锂长石、α氧化铝、硅铝酸盐等。
可以采用任何适合的基材，如具有从基材的入口延伸到出口面使得通道打开以使流体流动的多个精细的平行气流通道的整体流通式基材。从入口到出口基本上是直线路径的通道由壁限定，所述壁上涂覆有作为载体涂料(例如，包含粘合剂组合物)的催化材料，使得流过通道的气体接触催化材料。整体基材的流动通道是薄壁通道，所述薄壁通道可以是任何适合的横截面形状，如梯形、矩形、正方形、正弦曲线形、六边形、椭圆形、圆形等。此类结构可以含有每平方英寸横截面约60个到约1200个或更多的气体入口开口(即，“单元格”)(cpsi)，更通常地为约300到600cpsi。流通式基材的壁厚可以变化，典型范围在0.002至0.1英寸之间。商业上可获得的代表性的流通式基材是堇青石基材，其具有400cpsi、壁厚为6密耳，或600cpsi、壁厚为4密耳。然而，将理解，本发明不限于特定的基材类型、材料或几何形状。
在替代性实施例中，基材可以是壁流式基材，其中在基材主体的一端处用无孔插塞阻塞每个通道，其中在相对的端面处阻塞交替通道。这需要气体流过壁流式基材的多孔壁以到达出口。这样的整体式基材可以含有高达约700或更高的cpsi，如约100到400cpsi，并且更典型地为约200到约300cpsi。单元格的横截面形状可以如上文所描述的变化。壁流式基材的壁厚通常介于0.002英寸与0.1英寸之间。代表性的可商购获得的壁流式基材由多孔堇青石构成，所述基材的实例为200cpsi并且壁厚为10密耳或300cpsi并且壁厚为8密耳，并且壁孔隙率度介于45％-65％之间。如钛酸铝、碳化硅和氮化硅等其它陶瓷材料也用作壁流式过滤器基材。然而，将理解，本发明不限于特定的基材类型、材料或几何形状。要注意，在基材是壁流式基材的情况下，催化剂组合物(例如，TWC催化剂和/或FWCTM催化剂)除了安置在壁的表面上之外还可以渗透到多孔壁的孔结构中(即，部分地或完全地使孔开口闭塞)。图1和2展示了呈涂覆有如本文所描述的载体涂料组合物的流通式基材形式的示例性基材2。参考图1，示例性基材2具有圆柱形形状和圆柱形外表面4、上游端面6和对应的下游端面8，所述下游端面与端面6相同。基材2具有形成在其中的多个平行的细气体流动通道10。如在图2中所看到的，流动通道10通过壁12形成并且穿过载体2从上游端面6延伸到下游端面8，通道10不受阻碍以允许流体(例如，气流)通过其气流通道10纵向流动穿过载体2。如在图2中更容易看到的，壁12的尺寸和构造使得气体流动通道10具有基本规则的多边形形状。如图所示，如果需要，载体涂料组合物可以多层、不同的层施加。在所展示的实施例中，载体涂料由粘附到载体构件的壁12的离散底部载体涂料层14和涂覆在底部载体涂料层14上的第二离散顶部载体涂料层16组成。可以用一层或多层(例如2、3或4)载体涂料层来实施本发明，并且本发明不限于所展示的两层实施例。
图3展示了呈涂覆有如本文所描述的载体涂料组合物的壁流式过滤器基材形式的示例性基材2。如图3所示，示例性基材2具有多个通道52。通道被过滤器基材的内壁53管状地包围。基材具有入口端54和出口端56。交替的通道在入口端用入口塞子58塞住，并且在出口端用出口塞子60塞住，以在入口54和出口56处形成相对的棋盘图案。气流62通过未塞住的通道入口64进入，被出口塞子60阻止，并且通过沟壁53(其为多孔的)扩散到出口侧66。气体由于入口塞子58不能返回壁的入口侧。用于本发明的多孔壁流式过滤器被催化，因为所述元件的壁上具有或包含一种或多种催化材料。催化材料可以单独存在于元件壁的入口侧，单独存在于出口侧上，存在于入口侧和出口侧两者上，或者壁本身可以全部或部分地填充有催化材料。本发明包含在元件的壁内或者在元件的入口和/或出口壁上使用一层或多层催化材料。
例如，在一个实施例中，催化制品包括具有多层的催化材料，其中每层具有不同的催化剂组合物。底层(例如，图2的层14)可以包括第一催化剂组合物，并且顶层(例如，图2的层16)可以包括第二催化剂组合物。第一催化剂组合物和第二催化剂组合物中的一种或两种可以包含本文所述的粘合剂组合物。在图2中应当理解，底层14和顶层16各自可以从基材的前端或入口端完全延伸到基材的后端或出口端。
作为非限制性实例，本文用于形成催化剂制品的催化剂材料或催化剂组合物可以包括通常用于例如汽车催化剂的任何催化剂。在一些实施例中，根据本公开的催化剂制品可以包含如本文所述的粘合剂组合物和适用于将催化剂制品用作TWC催化剂、FWCTM催化剂、柴油氧化催化剂(DOC)、汽油微粒过滤器(GPF)、稀NOx捕集器(LNT)、集成LNT-TWC和/或氨氧化(AMOx)催化剂的一种或多种催化剂组合物。
在一些实施例中，可以使用铂族金属(PGM)。具体地，可以使用钯和/或铑；然而，也可以(或者可替代地)使用其它PGM。进一步地，如果需要，可以从本公开中明确地排除特定的PGM。当PGM存在时，PGM可以以至少约0.5g/ft3或至少约1.0g/ft3的负载量，例如以约20g/ft3的最大负载量存在。因此，当PGM存在时，PGM可以以至多约20g/ft3的量存在。在某些实施例中，PGM总负载量可以为约0.5g/ft3到约20g/ft3、约1g/ft3到约10g/ft3、或约2g/ft3到约10g/ft3。在某些实施例中，可能期望本公开的催化剂组合物和/或催化剂制品基本上不含PGM。为此，如果催化剂组合物包含小于0.1重量％的PGM或小于0.01重量％的PGM，则所述催化剂组合物可以“基本上不含”PGM。同样，如果催化剂制品的PGM负载量小于0.1g/ft3或小于0.01g/ft3，则所述催化剂制品可以“基本上不含”PGM。优选地，“基本上不含”可以意指仅存在痕量。在一些实施例中，如果需要，催化剂组合物或催化剂制品可以完全不含PGM。
在一个或多个实施例中，可以使用氨氧化催化剂(AMOx)。例如，在美国公开第2011/0271664号中教导了AMOx催化剂，所述美国公开的公开内容通过引用并入本文。氨氧化(AMOx)催化剂可以是可有效地从废气流中去除氨的负载型贵金属组分。贵金属可以包含钌、铑、铱、钯、铂、银或金。例如，贵金属组分包含贵金属的物理混合物或化学或原子掺杂的组合。例如，贵金属组分包含铂。按AMOx催化剂计，铂可以以约0.008％到约2wt％的量存在。
在一些实施例中，基材可以以轴向分区的结构用包含在单独的载体涂料浆料中的至少两层进行涂覆。例如，可以用一层的载体涂料浆料和另一层的载体涂料浆料涂覆同一基材，其中每层是不同的，如具有不同的总组成。两种单独的载体涂料组合物可以包含单独的催化剂组合物，并且可以基本上不重叠。例如，参考图4，包含第一催化剂组合物的载体涂料的第一载体涂料区域102和包含不同的第二催化剂组合物的载体涂料的第二载体涂料区域103可以沿着基材100的长度并排定位。具体实施例的第一载体涂料区域102从基材100的前端或入口端100a延伸基材100的长度的约5％到约95％、约5％到约75％、约5％到约50％或约10％到约35％的范围。第二载体涂料区域103从基材100的后端或出口端100b延伸基材100总轴向长度的约5％到约95％、约5％到约75％、约5％到约50％或约10％到约35％。如本发明所述的处理系统中的至少两种组分的催化剂组合物可以被分区到同一基材上。
在一些实施例中，如图5所示，可以用第一涂层106和第二涂层107涂覆基材100，所述第一涂层从基材100的前端或入口端100a延伸到基材100的后端或出口端100b，所述第二涂层涂覆在第一涂层106上靠近基材100的前端或入口端100a并且仅在基材100的一部分长度上延伸(即，在到达基材100的后端或出口端100b之前终止)。
在一些实施例中，如图6所示，基材100可以涂覆有第一涂层115，其靠近基材100的后端或出口端100b并且仅部分地沿着基材100的长度延伸(即，在到达基材100的前端或入口端100a之前终止)。基材100可以涂覆有第二涂层114。如图6所示，第二涂层114从基材100的前端或入口端100a延伸至基材100的后端或出口端100b(因此被完全涂覆在第一涂层115上)。可以理解的是，以上实施例仅作为实例提供，并且涵盖催化涂层的进一步组合。
在一个或多个实施例中，根据本公开的催化剂制品具体地可以包含涂覆有作为底层的第一涂层和作为顶层的第二涂层的基材，其中第一涂层和第二涂层中的一个或两个包含本文所述的粘合剂组合物。例如，如上文所述，第一涂层或底涂层可以至少包括第一粘合剂和第二粘合剂(以及任选的第三粘合剂)。第二涂层或顶层可以包括如本文所述的粘合剂组合物，但在一些实施例中可以包含比第一涂层中存在的粘合剂更少的粘合剂。
在描述组合物的载体涂料或催化金属组分或其它组分的量时，使用每单位体积催化剂基材的组分的重量单位是方便的。因此，本文使用单位克每立方英寸(“g/in3”)和克每立方英尺(“g/ft3”)来意指每体积基材(包含基材的空隙空间的体积)的组分重量。有时也使用其它每体积重量单位，如g/L。催化剂组合物在催化剂基材(如整体流通式基材)上的总负载量通常为约0.1到约6g/in3，并且更通常地为约1到约5g/in3。要注意，这些每单位体积重量通常通过在用催化剂载体涂料组合物处理之前和之后称重催化剂基材来计算，并且由于处理工艺涉及在高温下干燥并煅烧催化剂基材，因此这些重量表示基本上无溶剂的催化剂涂层，因为已经去除了载体涂料浆料的基本上所有的水。如此，前述值可以表示在去除用于将固体施涂到基材的原始载体涂料浆料中存在的任何溶剂或其它液体材料之后基材上存在的固体的干增益或量。
在一些实施例中，可以有益的是，以用于在一个或多个涂层中实现某一干增益的浓度和比率利用如本文所述的第一粘合剂和第二粘合剂(以及任选的另外的粘合剂)，其中第一粘合剂和第二粘合剂(以及任何任选的另外的粘合剂)构成总干增益的期望的重量比。例如，在某些实施例中，具有相对较大平均粒度的第一粘合剂占给定涂层中的干增益的重量百分比可以较小(例如，0wt％到约5wt％、0wt％到约2.5wt％、约0.1wt％到约5wt％、约0.2wt％到约4wt％、或约0.25wt％到约3wt％)，并且具有相对较小平均粒度的第二粘合剂占同一给定涂层中的干增益的重量百分比可以较大(例如，约7wt％到约20wt％、约10wt％到约15wt％)(所有上述重量百分比均按给定涂层的干增益的总重量计)。在另外的实例中，按涂层的干增益的总重量计，涂层中存在的具有相对较大平均粒度的第一粘合剂的重量百分比可以小于5wt％、小于3wt％、或小于2.5wt％，其可以包含零或者可以用至少0.01wt％的最小值来定义。另外地或可替代地，按涂层的干增益的总重量计，涂层中存在的具有相对较小平均粒度的第二粘合剂的重量百分比可以大于7wt％、大于8wt％、大于9wt％、或大于10wt％(例如，至多为约25wt％或约20wt％的最大值)。
可以研磨催化剂材料，以增强催化剂颗粒的混合和形成均质材料。研磨可以在球磨机、连续磨机或其它类似设备中完成。在一个实施例中，研磨后催化剂材料的特征在于D90粒度为约5到约40微米，优选地5到约30微米，更优选地约5到约10微米。D90被定义为90％的颗粒具有更精细的粒度的粒度。
可以使用本领域已知的载体涂料技术将包含单独的或与一种或多种专用催化剂材料组合的粘合剂材料的载体涂料浆料涂覆在催化剂基材上。在一个实施例中，催化剂基材在浆料中浸涂一次或多次或以其它方式用浆料涂覆。此后，将经涂覆的基材在高温(例如，100-150℃)下干燥持续一定时间段(例如，约10分钟到约3小时)，并且然后通过加热(例如，低于700℃)煅烧，通常持续约10分钟到约8小时。
经涂覆的催化剂基材的煅烧期间的温度低于约700℃。在一些实施例中，煅烧温度在约300℃到约700℃、约300℃到约500℃、约350℃到约500℃、约400℃到约500℃、或约450℃到约500℃的范围内持续一定时间段。在一些实施例中，煅烧温度低于约700℃、约600℃、约500℃、约450℃、约400℃、或约350℃，其中下限为300℃。在一些实施例中，煅烧时间段的范围为约10分钟到约8小时、约1小时到约6小时、或3小时到约6小时(即，小于8小时、7小时、6小时、5小时、4小时、3小时、2小时或1小时，其中下限为约10分钟)。
在干燥和煅烧之后，最终的载体涂料涂层可以被视为基本上不含溶剂。煅烧之后，可以通过计算基材的涂覆重量与未涂覆重量的差值来确定催化剂负载量。如对本领域技术人员显而易见的是，可以通过更改浆料流变性来修改催化剂负载量。另外，可以根据需要重复产生载体涂料的涂覆/干燥/煅烧工艺，以将涂层构造到期望的负载量水平或厚度，这意味着可能施涂多于一种载体涂料层。例如，在一些实施例中，催化剂组合物可以作为单层或多层来进行施涂。在一个实施例中，与本文所述的粘合剂材料组合的催化剂材料可以以单层(例如，仅图2的层14)的形式施涂。在一个实施例中，与本文所述的粘合剂材料组合的催化剂材料可以以多层(例如，图2的层14和16)的形式施涂。
在一些实施例中，对经过煅烧的经涂覆的基材进行陈化。陈化可以在各种条件下进行，如本文所用，“陈化”被理解为涵盖一系列条件(例如，温度、时间和气氛)。示例性陈化方案涉及使经过煅烧的经涂覆的基材在10％蒸汽中在650℃的温度下处理约50小时，在10％蒸汽中在750℃的温度下处理约5小时，或者在10％蒸汽中在800℃的温度下处理约16小时。然而，这些方案并不是限制性的，并且温度可以更低或更高(例如，包含但不限于400℃和更高的温度，例如400℃到900℃、600℃到900℃或650℃到900℃)；所述时间可以更短或更长(例如，包含但不限于约1小时到约50小时或约2小时到约25小时的时间)；并且可以修改气氛(例如，其中存在不同量的蒸汽和/或其它成分)。
本公开还提供了一种并入有本文所述的一种或多种组合物的排放物处理系统。本文所述的粘合剂组合物(单独或与一种或多种专用催化剂材料组合)可以用于集成排放物处理系统，所述集成排放物处理系统包括一个或多个另外的组件，所述一个或多个另外的组件用于处理废气排放物，例如来自汽油发动机的废气排放物。
在图7中展示了一个示例性排放物处理系统，其描绘了排放物处理系统32的示意图。如所示出的，含有气态污染物的废气流通过排气管道36从发动机34输送到TWC催化剂组件38，然后在管道40中输送到颗粒过滤器组件42，所述颗粒过滤器组件也任选地涂覆有TWC。TWC催化剂组件38和颗粒过滤器组件42中的一个或两个可以包含本文所述的粘合剂组合物。
示例性实施例如下。
1.一种粘合剂组合物，其包括：
第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及
第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；
其中所述第一平均粒度与所述第二平均粒度的比率为约2或更大。
2.根据实施例1所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料独立地选自由以下组成的组：含氧化铝材料、含二氧化硅材料、含氧化锆材料、含二氧化铈材料、含氧化镧材料、含氧化钇材料和其组合。
3.根据实施例1到2中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且所述第二粘合剂材料是含氧化锆材料。
4.根据实施例1到3中任一项所述的粘合剂组合物，其进一步包括第三粘合剂材料，所述第三粘合剂材料由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，其中所述第三平均粒度与所述第一平均粒度的比率为约2或更大，或者其中所述第二平均粒度与所述第三平均粒度的比率为约2或更大。
4a.根据实施例1到4中任一项所述的粘合剂组合物，其进一步包括第三粘合剂材料，所述第三粘合剂材料由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，其中所述第一平均粒度与所述第三平均粒度的比率为约2或更大。
5.根据实施例1到4a中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述第一平均粒度为约50nm到约1000nm。
6.根据实施例1到5中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述第二平均粒度为约10nm到约500nm。
7.根据实施例1到6中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料以约0.01到约0.5的浓度比率存在。
8.根据实施例1到7中任一项所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料中的一种或两种是催化性的。
9.一种载体涂料浆料，其包括：
液体介质；
根据实施例1到8中任一项所述的粘合剂组合物。
10.根据实施例9所述的载体涂料浆料，其中所述粘合剂组合物以约0.01到约1.0g/in3的量存在，并且其中所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约100cP或更小。
11.根据实施例9到10中任一项所述的载体涂料浆料，其中所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约50cP或更小。
12.根据实施例9到11中任一项所述的载体涂料浆料，其进一步包括催化剂材料。
13.一种催化剂制品，其包括催化剂基材，所述催化剂基材具有适于气体流动的多个通道，每个通道的壁表面粘附到包括根据实施例1到8中任一项所述的粘合剂组合物的催化涂料。
14.根据实施例13所述的催化剂制品，其中所述催化涂料包括与所述粘合剂组合物组合的催化剂材料。
15.根据实施例13到14中任一项所述的催化剂制品，其中所述催化剂基材是包括壁流式过滤器基材或流通式基材的蜂窝。
16.根据实施例13到15中任一项所述的催化剂制品，其中所述催化涂料以至少约1.0g/in3的负载量存在于所述基材上。
17.根据实施例13到16中任一项所述的催化剂制品，其中所述催化剂基材包含所述催化涂料的第一涂层并且包含具有不同总体组成的第二涂层，所述第二涂层位于所述催化涂料的所述第一涂层的至少一部分的上面。
18.根据实施例13到17中任一项所述的催化剂制品，其中满足以下条件中的一个或两个：
所述第一粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的总干增益的约0.1wt％到约5wt％的量存在；
所述第二粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的所述总干增益的约7wt％到约20wt％的量存在。
19.一种用于处理废气流的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括：
i.发动机，所述发动机产生废气流；以及
ii.根据实施例13到18中任一项所述的催化剂制品，所述催化剂制品定位于所述发动机的下游并且与排气流流体连通。
20.根据实施例13到18中任一项所述的催化剂制品，其中载体涂料总质量损失小于6％。
21.根据实施例1到8中任一项所述的粘合剂组合物，其中当粘合剂组合物是载体涂料的一部分时，载体涂料总质量损失小于6％。
22.根据实施例9到12中任一项所述的载体涂料浆料，其中当将所述浆料涂覆在基材上时，载体涂料总质量损失小于6％。
实例
通过以下实例更全面地说明了本发明的各方面，这些实例是为了说明本发明的某些方面而阐述的并且不应被解释为对本发明的限制。
进行测试以评估不同比率的粘合剂组分对载体涂料组合物的性质和使用载体涂料组合物形成的涂层的性能的影响。载体涂料组合物是利用第一粘合剂并且利用第二粘合剂来制备的，所述第一粘合剂由平均粒度为约78nm的多个氧化铝颗粒形成，所述第二粘合剂由平均粒度为约28nm的多个二氧化铈/氧化锆颗粒和/或平均粒度为约24nm的氧化锆/氧化钇颗粒形成。也就是说，第二粘合剂是多个二氧化铈/氧化锆颗粒或多个氧化锆/氧化钇颗粒，或者第二粘合剂是多个二氧化铈/氧化锆颗粒和多个氧化锆/氧化钇颗粒的组合。使用Malvern Zetasizer Pro通过动态光散射来测量粘合剂组分的平均粒度。
对于每个测试样品，第一载体涂料组合物(用作底涂层)被制备为由粘合剂和催化剂形成的总固体含量为大约2.172g/in3的浆料。第一载体涂料组合物以下表所示的固体负载量包含具有第一相对较大平均粒度的颗粒和具有第二相对较小平均粒度的颗粒两者。第二载体涂料组合物(用作顶涂层)被制备为由粘合剂和催化剂形成的总固体含量为大约1.366g/in3的浆料。第二载体涂料组合物包含固体负载量为0.025g/in3(第二载体涂料的总固体含量的1.83重量％)的第一粘合剂颗粒(即，具有相对较大平均粒度)，但不包含任何具有相对较小平均粒度的第二粘合剂颗粒。第一载体涂料组合物(用作基材上的底涂层)的粘度同样在下表中示出。
通过以下来将用于每个测试样品的第一载体涂料组合物和第二载体涂料组合物施涂到由堇青石材料制成的具有600个单元格/平方英寸的单元格密度并具有约4.3mm的壁厚的流通式基材：将流通式基材浸渍在浆料中经限定的深度；施加真空以在从基材的第一端到基材的第二端的方向上沿着基材的至少部分长度将浆料向上抽吸到流通式基材的单元格中；去除真空；将流通式基材旋转180°；并且在从基材的第一端到基材的第二端的方向上施加鼓风穿过流通式基材的单元格，使得浆料跨基材的基本上整个长度得到涂覆。在美国专利第7,521,087号中提供了用于对流通式基材进行涂覆的合适方法，所述美国专利的公开内容通过引用并入本文。所述方法涉及通过以下来用载体涂料组合物涂覆中空基材的内部：将基材的端部部分地浸没到含有涂料浆料的浴的容器中；并且以足以将涂料浆料从浴中向上抽吸到中空基材内部中的强度和时间对部分浸没的基材施加真空。在下一步骤中，旋转基材并且施加鼓风到已浸没到浆料中的基材的端部，以将载体涂料组合物分布在其中。根据上述方法使用第一载体涂料组合物来施涂底涂料，并且在根据上述方法使用第二载体涂料组合物施涂顶涂料之前使所述底涂料干燥。
对经涂覆的流通式基材进行载体涂料损失测试，以评估包含各种比率的粘合剂的催化涂料的性能。对包括粘合剂包的催化剂进行严格的多步载体涂料粘附性测试。将每种催化剂分为三个区段(顶部、中间和底部)，并且使每个区段经受热冲击步骤、超声水浴步骤和鼓风步骤，以评估催化剂载体涂料在不同条件下的粘附性。具体地，在约850℃的加热/淬火循环后测试催化剂区段。载体涂料粘附性(WCA)在下表中被示出为载体涂料损失，所述载体涂料损失表示载体涂料粘附性损失百分比(基于在经受上述处理之前和之后催化剂区段质量之间的差)。在这些条件下载体涂料总质量百分比损失小于6％指示稳健的WCA。
图8提供示出了第一载体涂料组合物基于由相对较大平均大小的颗粒形成的第一粘合剂材料和由相对较小平均大小的颗粒形成的第二粘合剂材料的相对负载量的粘度的等值线图。使用布氏粘度计在室温下以约300s-1的剪切速率测量粘度。所述图示出，使用第一粘合剂颗粒与第二粘合剂颗粒的经限定的比率实现了优选的较低粘度。图9提供示出了载体涂料损失百分比基于第一粘合剂颗粒和第二粘合剂颗粒的相对负载量的等值线图。所述图示出，使用第一粘合剂颗粒与第二粘合剂颗粒的经限定的比率实现了优选的较低载体涂料损失。
根据上述通用程序，制备以下实例。
Figure BDA0003256690590000201
+第二粘合剂是多个二氧化铈/氧化锆颗粒和多个氧化锆/氧化钇颗粒的组合。
受益于前述描述和相关联的附图中呈现的教导，本主题所属领域的技术人员将想到本公开的主题的许多修改和其它实施例。因此，应理解本公开不应限于本文描述的具体实施例，并且修改和其它实施例旨在被包含在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了具体术语，但其仅用于一般性和描述性意义，而不是出于限制的目的。

Claims (19)

1.一种粘合剂组合物，其包括：
第一粘合剂材料，所述第一粘合剂材料由具有第一平均粒度的多个颗粒形成；以及
第二粘合剂材料，所述第二粘合剂材料由具有第二平均粒度的多个颗粒形成；
其中所述第一平均粒度与所述第二平均粒度的比率为约2或更大。
2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料独立地选自由以下组成的组：含氧化铝材料、含二氧化硅材料、含氧化锆材料、含二氧化铈材料、含氧化镧材料、含氧化钇材料和其组合。
3.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料是含氧化铝材料，并且所述第二粘合剂材料是含氧化锆材料。
4.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其进一步包括第三粘合剂材料，所述第三粘合剂材料由具有第三平均粒度的多个颗粒形成，其中所述第一平均粒度与所述第三平均粒度的比率为约2或更大。
5.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第一平均粒度为约50nm到约1000nm。
6.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第二平均粒度为约10nm到约500nm。
7.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料以约0.01到约0.5的浓度比率存在。
8.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述第一粘合剂材料和所述第二粘合剂材料中的一种或两种是催化性的。
9.一种载体涂料浆料，其包括：
液体介质；
根据权利要求1到8中任一项所述的粘合剂组合物。
10.根据权利要求9所述的载体涂料浆料，其中所述粘合剂组合物以约0.01到约1.0g/in3的量存在，并且其中所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约100cP或更小。
11.根据权利要求10所述的载体涂料浆料，其中所述载体涂料浆料在约300s-1下的粘度为约50cP或更小。
12.根据权利要求9所述的载体涂料浆料，其进一步包括催化剂材料。
13.一种催化剂制品，其包括催化剂基材，所述催化剂基材具有适于气体流动的多个通道，每个通道的壁表面粘附到包括根据权利要求1到权利要求8中任一项所述的粘合剂组合物的催化涂料。
14.根据权利要求13所述的催化剂制品，其中所述催化涂料包括与所述粘合剂组合物组合的催化剂材料。
15.根据权利要求13所述的催化剂制品，其中所述催化剂基材是包括壁流式过滤器基材或流通式基材的蜂窝。
16.根据权利要求13所述的催化剂制品，其中所述催化涂料以至少约1.0g/in3的负载量存在于所述基材上。
17.根据权利要求13所述的催化剂制品，其中所述催化剂基材包含所述催化涂料的第一涂层并且包含具有不同总体组成的第二涂层，所述第二涂层位于所述催化涂料的所述第一涂层的至少一部分的上面。
18.根据权利要求17所述的催化剂制品，其中满足以下条件中的一个或两个：
所述第一粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的总干增益的约0.1wt％到约5wt％的量存在；
所述第二粘合剂材料以所述催化涂料的所述第一涂层的所述总干增益的约7wt％到约20wt％的量存在。
19.一种用于处理废气流的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括：
i.发动机，所述发动机产生废气流；以及
ii.根据权利要求13到权利要求18中任一项所述的催化剂制品，所述催化剂制品定位于所述发动机的下游并且与排气流流体连通。
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