DE102010016465A1 - Coating and process for catalytic emission control - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers mit einer Beschichtungszusammensetzung, eine Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung einer keramischen Beschichtung, eine keramische Beschichtung aus einer Beschichtungszusammensetzung zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen, und die Verwendung einer keramischen Beschichtung zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen.The present application relates to a method for coating a carrier body with a coating composition, a coating composition for producing a ceramic coating, a ceramic coating from a coating composition for cleaning gases, in particular exhaust gases, and the use of a ceramic coating for cleaning gases, in particular exhaust gases.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers mit einer Beschichtungszusammensetzung, eine Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung einer keramischen Beschichtung, eine keramische Beschichtung aus einer Beschichtungszusammensetzung zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen, und die Verwendung einer keramischen Beschichtung zur Reinigung von Gasen, insbesondere Abgasen.The present application relates to a method for coating a carrier body with a coating composition, a coating composition for producing a ceramic coating, a ceramic coating of a coating composition for cleaning gases, in particular exhaust gases, and the use of a ceramic coating for cleaning gases, in particular exhaust gases.
In modernen Industrieanlagen entstehen diverse Abgase. Diese Abgase sind häufig mit flüchtigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen (VOCs, volatile organic compounds), Aerosolgemischen oder auch mit Ruß belastet. Die in den Abgasen vorliegenden Stoffe können Lösemittel, Fett- und/oder Wachströpfchen umfassen. Derzeitige Abgasnormen verlangen jedoch die Einhaltung bestimmter Höchstgrenzen für derartige Stoffe. Sie müssen daher aus dem Abgasstrom entfernt werden, oder zumindest in ihrer Menge verringert werden.In modern industrial plants, various exhaust gases are produced. These exhaust gases are often contaminated with volatile or gaseous hydrocarbons (VOCs, volatile organic compounds), aerosol mixtures or with soot. The substances present in the exhaust gases may include solvents, fat and / or wax droplets. However, current emission standards require compliance with certain limits for such substances. They must therefore be removed from the exhaust stream, or at least reduced in their amount.
Der Abbau von VOCs und Ruß kann an Katalysatoren stattfinden, die in den Abgasstrom integriert werden. Häufig sind geeignete Katalysatoren jedoch teuer, da sie auf der Verwendung von Edelmetallen, wie Platin, Palladium, Rhodium oder Iridium, basieren, oder durch Rückstände beim Abbau bzw. Verlackung, d. h. ein Verschluss der Poren, zunehmend unwirksam werden und daher ausgetauscht werden müssen.The degradation of VOCs and soot can take place on catalysts that are integrated into the exhaust stream. Frequently, however, suitable catalysts are expensive because they are based on the use of precious metals such as platinum, palladium, rhodium or iridium, or by residues in the degradation, i. H. a closure of the pores, becoming increasingly ineffective and therefore need to be replaced.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Katalysatoren liegt in deren Herstellung. Üblicherweise werden Wabenkörper als Träger für die katalytisch aktiven Materialien verwendet. Diese Wabenkörper sind jedoch im Inneren nur schwer mit katalytisch aktiven Materialien homogen zu beschichten, insbesondere, wenn sie eine hohe Anzahl an Waben aufweisen, d. h., wenn die einzelnen Kanäle des Wabenkörpers sehr klein sind. Oftmals werden sogenannte Washcoats, die in der Regel keramische Beschichtungen enthalten und an der Reaktion nicht beteiligt sind, d. h. als Trägermaterialien dienen, und lediglich eine große Oberfläche bereitstellen, mit einer katalytisch aktiven Komponente ausgestattet.Another disadvantage of conventional catalysts is their production. Usually, honeycomb bodies are used as carriers for the catalytically active materials. However, these honeycomb bodies are difficult to homogeneously coat internally with catalytically active materials, especially if they have a high number of honeycombs, d. h., When the individual channels of the honeycomb body are very small. Often, so-called washcoats, which usually contain ceramic coatings and are not involved in the reaction, d. H. serve as support materials, and provide only a large surface, equipped with a catalytically active component.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtung bereitzustellen, die leicht und gleichmäßig auf einen Trägerkörper aufgebracht werden kann, die kostengünstig hergestellt werden kann, und die zur katalytischen Reinigung von Abgasen, insbesondere von VOCs enthaltenden Abgasen, geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beschichtung bereit zu stellen, die bereits bei relativ geringen Temperaturen einen hohen Anteil an VOCs in Abgasen katalytisch abbauen kann und nicht durch Verlackungsprozesse relativ schnell unwirksam sind. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das gegenüber herkömmlichen Katalysatorgiften robuster ist, insbesondere gegenüber einem System mit Edelmetallkatalysatoren. Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und preiswerte Beschichtung bereitzustellen, die zur katalytischen Reinigung von Abgasen verwendet werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a coating which can be easily and uniformly applied to a carrier body which can be produced inexpensively and which is suitable for the catalytic purification of exhaust gases, in particular exhaust gases containing VOCs. A further object of the present invention is to provide a coating which, even at relatively low temperatures, can catalytically degrade a high proportion of VOCs in exhaust gases and are not relatively ineffective due to laking processes. In addition, it is an object of the present invention to provide a system which is more robust than conventional catalyst poisons, particularly over a noble metal catalyst system. Finally, it is an object of the present invention to provide a simple and inexpensive coating which can be used for the catalytic purification of exhaust gases.
Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers, durch einen erfindungsgemäßen Trägerkörper einer keramischen Beschichtung, durch die Verwendung eines Trägerkörpers mit einer keramischen Beschichtung zur Reinigung von Abgasen, insbesondere von VOC enthaltenden Abgasen, sowie durch ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen, insbesondere von VOCs enthaltenden Abgasen, unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Trägerkörpers einer keramischen Beschichtung.These and other objects are achieved by the inventive method for coating a carrier body, by a carrier body of a ceramic coating according to the invention, by the use of a carrier body with a ceramic coating for the purification of exhaust gases, in particular VOC-containing exhaust gases, and by a method for the purification of Exhaust gases, in particular exhaust gases containing VOCs, using a carrier body of a ceramic coating according to the invention.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers umfassend:
- a) Bereitstellen einer Beschichtungszusammensetzung umfassend i) eine Pulverkomponente; ii) eine Binderkomponente; iii) einen Verflüssiger; iv) eine Säure; und v) wahlweise einen Alkohol;
- b) Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf mindestens eine Oberfläche des Trägerkörpers;
- c) Trocknen der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung; und
- d) Verfestigen der getrockneten Beschichtungszusammensetzung, um eine Beschichtung auszubilden; wobei die Pulverkomponente eine Mischung ist von – zumindest einem ersten porösen Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Partikelgröße d50 im Bereich von 5–80 μm; – zumindest einem zweiten Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Partikelgröße d50 im Bereich von 0,3–2 μm; und – zumindest einem Pigment mit einer mittleren (Primär-)partikelgröße d50 im Bereich von 80–200 nm; wobei die Pulverkomponente in einer Menge von zwischen 80 und 97 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil in der Beschichtungszusammensetzung, enthalten ist; und wobei die Binderkomponente oberflächenmodifizierte Nanopartikel, ausgewählt aus n-ZrO2 und n-TiO2, mit einer mittleren Partikelgröße d50 von weniger als 150 nm enthält.
- a) providing a coating composition comprising i) a powder component; ii) a binder component; iii) a liquefier; iv) an acid; and v) optionally an alcohol;
- b) applying the coating composition to at least one surface of the carrier body;
- c) drying the applied coating composition; and
- d) solidifying the dried coating composition to form a coating; wherein the powder component is a mixture of - at least a first porous alumina powder having an average particle size d 50 in the range of 5-80 microns; At least one second alumina powder having an average particle size d 50 in the range of 0.3-2 μm; and - at least one pigment having an average (primary) particle size d 50 in the range of 80-200 nm; wherein the powder component is contained in an amount of between 80 and 97% by weight, based on the solids content in the coating composition; and wherein the binder component contains surface-modified nanoparticles selected from n-ZrO 2 and n-TiO 2 , with an average particle size d 50 of less than 150 nm.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Beschichtung, herstellbar durch das Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers gemäß dem ersten Aspekt, wobei die Beschichtung ein Porenvolumen von 50–80 Vol-% besitzt.A second aspect of the present invention relates to a coating preparable by the method for coating a carrier body according to the first aspect, wherein the coating has a pore volume of 50-80% by volume.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Trägerkörper mit einer Beschichtung gemäß dem zweiten Aspekt.A third aspect of the present invention relates to a carrier body with a coating according to the second aspect.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der Beschichtung gemäß dem zweiten Aspekt oder des Trägerkörpers gemäß dem dritten Aspekt zur katalytischen Reinigung eines Gases, bevorzugt eines VOCs enthaltenden Abgases.A fourth aspect of the present invention relates to the use of the coating according to the second aspect or the carrier body according to the third aspect for the catalytic purification of a gas, preferably a VOC-containing exhaust gas.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum katalytischen Reinigen eines Gases, bevorzugt eines VOCs enthaltenden Abgases, unter Verwendung der Beschichtung gemäß dem zweiten Aspekt oder des Trägerkörpers gemäß dem dritten Aspekt.A fifth aspect of the present invention relates to a method for catalytically purifying a gas, preferably a VOC-containing exhaust gas, using the coating according to the second aspect or the carrier body according to the third aspect.
Schließlich betrifft ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung, insbesondere eine lagerstabile Beschichtungszusammensetzung, wie sie im ersten Schritt des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt wird. Insbesondere sollen alle Ausgestaltungen der Beschichtungszusammensetzung, wie sie in der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Beschichtung dargelegt werden, auch auf die Beschichtungszusammensetzung selbst zutreffen.Finally, a sixth aspect of the present invention relates to a coating composition, in particular a storage-stable coating composition, as provided in the first step of the method according to the first aspect. In particular, all embodiments of the coating composition as set forth herein in the context of the coating process are also intended to apply to the coating composition itself.
Im Folgenden sollen die Vorteile und Ausgestaltungen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. Wenn Bezug auf einen speziellen Aspekt der vorliegenden Erfindung genommen wird, ist es selbst verständlich, dass die beschriebenen Vorteile oder Ausgestaltungen auch auf die anderen Aspekte der vorliegenden Erfindung zutreffen. Darüber hinaus sind die einzelnen Ausgestaltungen oder Weiterführungen ohne Beschränkung miteinander kombinierbar, sofern nicht ausdrücklich Gegenteiliges angegeben ist.In the following, the advantages and embodiments of the various aspects of the present invention will be explained in more detail. When referring to a specific aspect of the present invention, it is to be understood that the described advantages or embodiments also apply to the other aspects of the present invention. In addition, the individual embodiments or continuations without limitation are combined, unless expressly stated otherwise.
Die vorliegende Erfindung wird auch anhand der beigefügten Figuren erläutert:The present invention will also be explained with reference to the attached figures:
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Trägerkörpers. In einem ersten Schritt a) des Verfahrens zum Beschichten eines Trägerkörpers wird eine Beschichtungszusammensetzung bereitgestellt. Zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung werden unterschiedliche Komponenten zu einer Beschichtungszusammensetzung vermischt.A first aspect of the present invention relates to a method for coating a carrier body. In a first step a) of the process for coating a carrier body, a coating composition is provided. To prepare the coating composition, different components are mixed to form a coating composition.
Vorteilhafterweise werden die einzelnen Komponenten der Beschichtungszusammensetzung unmittelbar vor der Verwendung der Beschichtungszusammensetzung in den weiteren Schritten des Verfahrens miteinander vermischt. Dieses Vermischen kann beispielsweise in einem Lösungsmittel mit einem mechanischen Rührer erfolgen.Advantageously, the individual components of the coating composition are mixed together immediately prior to use of the coating composition in the further steps of the process. This mixing can be carried out, for example, in a solvent with a mechanical stirrer.
Die Beschichtungszusammensetzung setzt sich aus zumindest vier Komponenten zusammen, nämlich einer Pulverkomponente, einer Binderkomponente, einem Verflüssiger sowie einer Säure. Wahlweise kann als fünfte Komponente ein Alkohol verwendet werden.The coating composition is composed of at least four components, namely a powder component, a binder component, a plasticizer and an acid. Optionally, an alcohol may be used as the fifth component.
Zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung werden vorteilhafterweise die unterschiedlichen Komponenten in einem Lösungsmittel miteinander vermischt, um eine Aufschlämmung auszubilden. In der vorliegenden Anmeldung wird das Lösungsmittel als Lösungsmittel bezeichnet, auch wenn es zusätzlich oder alternativ auch als Dispersionsmittel oder Dispergiermittel fungiert. Das Lösungsmittel ist vorteilhafterweise ausgewählt aus Wasser, Alkohol, insbesondere Ethanol und Propanol, und deren Gemischen, wobei besonders bevorzugt Wasser als Lösungsmittel verwendet wird. Wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einem Lösungsmittel oder Lösemittel gesprochen, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass hiermit Stoffe gemeint sind, die als Lösungsmittel bzw. Dispergiermittel dienen können. Dabei ist jedoch auch zu berücksichtigen, dass einige der Stoffe, wie beispielsweise Aluminiumoxid, nicht gelöst, sondern nur dispergiert oder aufgeschlämmt werden. Andere Stoffe hingegen, wie beispielsweise die Säure, werden im Lösungsmittel gelöst.To prepare the coating composition, advantageously, the different components are mixed together in a solvent to form a slurry. In the present application, the solvent is referred to as a solvent, although it additionally or alternatively also acts as a dispersant or dispersant. The solvent is advantageously selected from water, alcohol, in particular ethanol and propanol, and mixtures thereof, particular preference being given to using water as solvent. If one speaks of a solvent or solvent in the context of the present invention, it is obvious to a person skilled in the art that this refers to substances which can serve as solvents or dispersants. However, it should also be noted that some of the substances, such as alumina, are not dissolved, but only dispersed or slurried. Other substances, however, such as the acid, are dissolved in the solvent.
Vor dem Vermischen der einzelnen Komponenten sind diese lagerfähig. Die Lagerfähigkeit bzw. Lagerstabilität der Stoffe kann beispielsweise ein halbes Jahr oder länger betragen. Nach dem Vermischen der Komponenten sollte die Beschichtungszusammensetzung jedoch zeitnah verarbeitet werden. Dabei wird die Beschichtungszusammensetzung vorteilhafterweise über einen Zeitraum von 3 bis 48 Stunden, bevorzugt von 6 bis 36 Stunden, und weiter bevorzugt von 12 bis 24 Stunden einem Reifeprozess unterworfen. Das Bereitstellen der Beschichtungszusammensetzung umfasst daher das Vermischen der einzelnen Komponenten bzw. Bestandteile der Beschichtungszusammensetzung und das anschließende Reifen der Beschichtungszusammensetzung, bevorzugt über einen Zeitraum wie oben angegeben. Während des Reifens kann die Lösung wahlweise gerührt werden. Beim Reifen stellen sich verschiedene Gleichgewichte ein. Beispielsweise kann der Oberflächenmodifikator an die Pulveroberflächen adsorbieren bzw. desorbieren, oder während des Rührens können mechanische Kräfte frei werden, die dazu führen können, dass Pulveragglomerate aufbrechen.Before mixing the individual components, these are storable. The shelf life or storage stability of the substances can be, for example, half a year or more. However, after blending the components, the coating composition should be processed promptly. The coating composition is advantageously subjected to a ripening process over a period of from 3 to 48 hours, preferably from 6 to 36 hours, and more preferably from 12 to 24 hours. The provision of the coating composition therefore comprises blending the individual components of the coating composition and then ripening the coating composition, preferably over a period of time as indicated above. During the ripening, the solution may optionally be stirred. When you tire different balances set. For example, the surface modifier may adsorb or desorb onto the powder surfaces, or during stirring, mechanical forces may be released which may cause powder agglomerates to break.
Die Beschichtungszusammensetzung setzt sich aus mindestens vier Komponenten zusammen. Die erste Komponente bildet dabei eine Pulverkomponente. Diese Pulverkomponente wiederum setzt sich aus zumindest drei unterschiedlichen Pulvern zusammen. Die Mischung der unterschiedlichen Pulver umfasst zumindest ein erstes poröses Aluminiumoxidpulver, zumindest ein zweites Aluminiumoxidpulver und zumindest ein Pigment.The coating composition is composed of at least four components. The first component forms a powder component. This powder component in turn is composed of at least three different powders. The mixture of the different powders comprises at least a first porous alumina powder, at least a second alumina powder and at least one pigment.
Das erste poröse Aluminiumoxidpulver besitzt dabei eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 5–80 μm. Bei dem ersten Aluminiumoxidpulver handelt es sich üblicherweise um dasjenige Pulver mit der größten Partikelgröße. Da die Partikelgröße einen unmittelbaren Einfluss auf die minimale Schichtdicke besitzt, kann über die mittlere Partikelgröße, sofern sie die größte Partikelgröße in der Beschichtungszusammensetzung darstellt, die minimale Schichtdicke eingestellt werden. Durch eine Verringerung der Partikelgröße des ersten Aluminiumoxidpulvers kann daher eine Verringerung der minimalen Schichtdicke erreicht werden.The first porous alumina powder has an average particle size d 50 in the range of 5-80 microns. The first alumina powder is usually the largest particle size powder. Since the particle size has a direct influence on the minimum layer thickness, the minimum layer thickness can be set via the mean particle size, if it represents the largest particle size in the coating composition. By reducing the particle size of the first alumina powder, therefore, a reduction of the minimum layer thickness can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Partikel des ersten porösen Aluminiumoxidpulvers eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 30–80 μm, bevorzugt von 40–80 μm, weiter bevorzugt von 35–60 μm, und besonders bevorzugt von 37–45 μm besitzen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Partikel des ersten porösen Aluminiumoxidpulvers eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 5–60 μm, bevorzugt von 5–30 μm, weiter bevorzugt von 6–20 μm, und besonders bevorzugt von 6–15 μm besitzen.According to a preferred embodiment, the particles of the first porous alumina powder may have an average particle size d 50 in the range of 30-80 .mu.m, preferably 40-80 .mu.m, more preferably 35-60 .mu.m, and particularly preferably 37-45 .mu.m. According to another preferred embodiment, the particles of the first porous alumina powder may have an average particle size d 50 in the range of 5-60 μm, preferably 5-30 μm, more preferably 6-20 μm, and most preferably 6-15 μm.
Das zweite Aluminiumoxidpulver besitzt eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 0,3–2 μm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Partikel des zweiten Aluminiumoxidpulvers eine mittlere Partikelgröße d50 im Bereich von 0,4–1,5 μm, bevorzugt von 0,5–0,8 μm besitzen.The second alumina powder has an average particle size d 50 in the range of 0.3-2 microns. According to a preferred embodiment, the particles of the second alumina powder may have an average particle size d 50 in the range of 0.4-1.5 μm, preferably of 0.5-0.8 μm.
Bei dem Aluminiumoxid des ersten und zweiten Aluminiumoxidpulvers kann es sich um unterschiedliche Aluminiumoxid-Modifikationen handeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste poröse Aluminiumoxidpulver ein Aluminiumoxid der γ-Aluminiumoxid-Modifikation. Aluminiumoxid der γ-Modifikation zeichnet sich durch eine hohe innere Oberfläche aus. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung besteht das erste poröse Aluminiumoxidpulver aus γ-Aluminiumoxid.The alumina of the first and second alumina powders may be different alumina modifications. According to a preferred embodiment, the first porous alumina powder comprises an alumina of γ-alumina modification. Aluminum oxide of the γ-modification is characterized by a high internal surface area. According to a preferred development, the first porous alumina powder consists of γ-alumina.
Das zweite Aluminiumoxidpulver kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Aluminiumoxid der α-Modifikation umfassen. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung besteht das zweite Aluminiumoxidpulver aus α-Aluminiumoxid. Üblicherweise besitzt ein Aluminiumoxid der α-Modifikation eine geringere bis keine Porosität.The second alumina powder may, according to a preferred embodiment, comprise an alpha-modification alumina. According to a preferred development, the second alumina powder consists of α-alumina. Usually, an alumina of the α-modification has less to no porosity.
Das erste poröse Aluminiumoxidpulver besitzt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine spezifische Oberfläche nach BET im Bereich 50–100 m2/g, weiter bevorzugt von 60–85 m2/g, besonders bevorzugt von 65–80 m2/g. Dabei kann es sich zudem um Aluminiumoxidpulver der γ-Modifikation handeln.The first porous alumina powder according to a preferred embodiment has a BET specific surface area in the range 50-100 m 2 / g, more preferably 60-85 m 2 / g, particularly preferably 65-80 m 2 / g. It may also be alumina powder of the γ-modification.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste poröse Aluminiumoxidpulver ein poröses Aluminiumoxidpulver mit Poren mit einer Porengröße im Bereich von weniger als 10 nm. Bei der Porosität des ersten porösen Aluminiumoxidpulvers handelt es sich bevorzugt um eine offene Porosität, d. h. die Öffnung der Poren ist groß im Verhältnis zur Porengröße. Dies kann bedeuten, dass die Öffnungen der Poren zumindest gleich oder sogar größer als die Poren selbst sind. Durch eine offene Porosität können Reaktanden leicht in die Poren des Aluminiumoxidpulvers eindringen und dort umgesetzt werden.In a further preferred embodiment, the first porous alumina powder is a porous alumina powder having pores with a pore size in the range of less than 10 nm. The porosity of the first porous alumina powder is preferably an open porosity, i. H. the opening of the pores is large in relation to the pore size. This may mean that the openings of the pores are at least equal to or even larger than the pores themselves. Due to an open porosity, reactants can easily penetrate into the pores of the alumina powder and be converted there.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Aluminiumoxidpulver eine spezifischer Oberfläche nach BET von 5–15 m2/g, weiter bevorzugt von 6–10 m2/g besitzen. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um ein Aluminiumoxid der α-Modifikation.According to another preferred embodiment, the second alumina powder may have a BET specific surface area of 5-15 m 2 / g, more preferably 6-10 m 2 / g. This is particularly preferably an aluminum oxide of the α-modification.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Partikel des Pigments eine spezifische Oberfläche nach BET im Bereich von 4–50 m2/g, bevorzugt 20–50 m2/g, oder bevorzugt von 4,7–5,7 m2/g besitzen.According to a further preferred embodiment, the particles of the pigment can have a BET specific surface area in the range from 4 to 4. 50 m 2 / g, preferably 20-50 m 2 / g, or preferably from 4.7 to 5.7 m 2 / g.
In der Beschichtungszusammensetzung können die Partikel des Pigments in Form von agglomerierten Partikeln vorliegen, deren Größe und Verteilung vom Dispergierzustand abhängig sein können. Insbesondere kann eine bimodale Partikelgrößenverteilung der Pigmentpartikel in der Beschichtungszusammensetzung vorliegen. Dabei können dann Primär- und Sekundärpartikel vorliegen, wobei die Primärpartikel die ursprünglich verwendeten, nicht agglomerierten Partikel sind, und die Sekundärpartikel die agglomerierten Partikel in der Zusammensetzung darstellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können daher die Partikel des Pigments eine mittlere (Primär-)partikelgröße d50 im Bereich von 50–250 nm, bevorzugt von 80–200 nm, weiter bevorzugt von 90–150 nm besitzen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann dabei die mittlere (Sekundär-)Partikelgröße d50 im Bereich von 0,5–5 μm, bevorzugt von 0,6–3 μm, weiter bevorzugt von 0,8–1,2 μm liegen.In the coating composition, the particles of the pigment may be in the form of agglomerated particles whose size and distribution may depend on the state of dispersion. In particular, a bimodal particle size distribution of the pigment particles may be present in the coating composition. Primary and secondary particles may then be present, the primary particles being the originally used, non-agglomerated particles, and the secondary particles being the agglomerated particles in the composition. According to a preferred embodiment, therefore, the particles of the pigment may have a mean (primary) particle size d 50 in the range of 50-250 nm, preferably of 80-200 nm, more preferably of 90-150 nm. According to another preferred embodiment, the average (secondary) particle size d 50 may be in the range of 0.5-5 μm, preferably of 0.6-3 μm, more preferably of 0.8-1.2 μm.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Gestalt der Partikel des ersten porösen Aluminiumoxidpulvers, des zweiten Aluminiumoxidpulvers und/oder des Pigments annähernd sphärisch. Durch die Verwendung von sphärischen Partikeln für das erste porösen Aluminiumoxidpulver, das zweite Aluminiumoxidpulver und/oder das Pigment kann eine makroskopisch glattere Oberfläche der keramischen Beschichtung erreicht werden. Darüber hinaus besitzt die keramische Beschichtung eine höhere Festigkeit bei Verwendung spährischer Partikel im Gegensatz zu beispielsweise plättchenförmigen Partikeln.In still another preferred embodiment, the shape of the particles of the first porous alumina powder, the second alumina powder and / or the pigment is approximately spherical. By using spherical particles for the first porous alumina powder, the second alumina powder and / or the pigment, a macroscopically smoother surface of the ceramic coating can be achieved. In addition, the ceramic coating has a higher strength when using Spährischer particles in contrast to, for example, platelet-shaped particles.
Durch die Verwendung dreier unterschiedlicher Materialien in der Pulverkomponente kann bei Herstellung der Beschichtung eine poröse keramische Beschichtung erhalten werden, die eine offene Porosität aufweist. Diese poröse keramische Beschichtung besitzt bevorzugt eine Porosität von mindestens 30 Vol.-%, weiter bevorzugt von mindestens 50 Vol.-%, weiter bevorzugt von mindestens 60 Vol.-%. Dabei kann die Porosität unterhalb von 90 Vol.-%, bevorzugt unterhalb von 80 Vol.-% liegen.By using three different materials in the powder component, a porous ceramic coating having an open porosity can be obtained in the production of the coating. This porous ceramic coating preferably has a porosity of at least 30% by volume, more preferably of at least 50% by volume, more preferably of at least 60% by volume. The porosity may be below 90% by volume, preferably below 80% by volume.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung dreier Materialien mit unterschiedlicher Partikelgröße in der keramischen Beschichtung eine trimodale Porengrößenverteilung erreicht werden. Die Poren in der keramischen Beschichtung besitzen bevorzugt drei unterschiedliche Größen. Die kleinsten Poren können dabei eine Porengröße von beispielsweise 3 bis 6 nm aufweisen, die mittleren Poren eine Größe im Bereich von 100 bis 200 nm, bevorzugt von 130 bis 150 nm, und die größten Poren können eine Porengröße im Bereich von 5 bis 30 μm, bevorzugt von 10 bis 20 μm, aufweisen. Durch die unterschiedlichen Porengrößen können unterschiedliche Reaktanden ihrer Größe entsprechend in idealer Umgebung katalytisch umgesetzt werden, da für die unterschiedlichen Reaktanden unterschiedliche Reaktionsräume zur Verfügung gestellt werden können. Es wird angenommen, dass die unterschiedlichen Poren zwischen den unterschiedlichen Partikeln ausgebildet werden. Es stehen jedoch auch die Poren innerhalb des porösen ersten Aluminiumoxidpulvers zur Verfügung.In addition, by using three materials with different particle size in the ceramic coating, a trimodal pore size distribution can be achieved. The pores in the ceramic coating preferably have three different sizes. The smallest pores may have a pore size of, for example, 3 to 6 nm, the average pores a size in the range of 100 to 200 nm, preferably 130 to 150 nm, and the largest pores may have a pore size in the range of 5 to 30 microns, preferably from 10 to 20 .mu.m. Due to the different pore sizes different reactants can be catalytically converted according to their size in an ideal environment, since different reaction chambers can be made available for the different reactants. It is believed that the different pores are formed between the different particles. However, the pores within the porous first alumina powder are also available.
Die mindestens drei Bestandteile der Pulverkomponente werden bevorzugt in bestimmten Verhältnissen miteinander vermischt. Vorteilhafterweise kann eine Pulvermischung aus den mindestens drei Bestandteilen hergestellt werden, bevor diese Pulverkomponente als Mischung der Beschichtungszusammensetzung zugegeben wird.The at least three constituents of the powder component are preferably mixed together in certain ratios. Advantageously, a powder mixture of the at least three constituents can be prepared before this powder component is added as a mixture of the coating composition.
In dieser Mischung der Pulverkomponente kann das erste poröse Aluminiumoxidpulver bevorzugt in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 65 bis 80 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 70 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Pulverkomponente, enthalten sein.In this mixture of the powder component, the first porous alumina powder may preferably be in an amount of 60 to 90% by weight, more preferably in an amount of 65 to 80% by weight, further preferably in an amount of 70 to 75% by weight. , based on the total weight of the dry powder component.
Das zweite Aluminiumoxidpulver kann in der Pulverkomponente bevorzugt in einer Menge von 10 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 12 bis 18 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 14 bis 16 Gew.-%, und am meisten bevorzugt in einer Menge im Bereich von 14,3 bis 15,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Pulverkomponente, enthalten sein.The second alumina powder may preferably be contained in the powder component in an amount of 10 to 20% by weight, more preferably in an amount of 12 to 18% by weight, more preferably in an amount of 14 to 16% by weight, and most preferably in an amount ranging from 14.3 to 15.8% by weight, based on the total weight of the dry powder component.
Schließlich kann das Pigment in der Pulverkomponente bevorzugt in einer Menge von 8 bis 15 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 10 bis 13 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 10,5 bis 12 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Pulverkomponente, enthalten sein.Finally, the pigment in the powder component may preferably be present in an amount of from 8 to 15% by weight, more preferably in an amount of from 10 to 13% by weight, more preferably in an amount of from 10.5 to 12% by weight, each based on the total weight of the dry powder component.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Pigment ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Mn, Cu-Spinell, (Mn, Cu)Fe2O4, Mn, Fe-Spinell, MnO2, Übergangsmetalloxiden und Ferriten.In a further preferred embodiment, the pigment is selected from the group consisting of Fe, Mn, Cu spinel, (Mn, Cu) Fe 2 O 4 , Mn, Fe spinel, MnO 2 , transition metal oxides and ferrites.
Die Pulverkomponente wird in der Beschichtungszusammensetzung mit einer Binderkomponente vermischt. Diese Binderkomponente wirkt wie eine Art Klebstoff in der fertigen keramischen Beschichtung und verbindet die einzelnen Bestandteile der Pulverkomponente in der keramischen Beschichtung.The powder component is mixed in the coating composition with a binder component. This binder component acts as a type of adhesive in the finished ceramic coating and combines the individual components of the powder component in the ceramic coating.
Bei der Binderkomponente handelt es sich um oberflächenmodifizierte Nanopartikel, ausgewählt aus n-ZrO2 und/oder n-TiO2. Dabei handelt es sich um nano-ZrO2 (n-ZrO2) und nano-TiO2 (n-TiO2). Die Binderkomponente besitzt bevorzugt eine mittlere Partikelgröße d50 von weniger als 150 nm, bevorzugt von weniger als 100 nm, weiter bevorzugt von weniger als 80 nm, und am meisten bevorzugt von weniger als 60 nm. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform besitzen die Partikel der Binderkomponente eine mittlere Partikelgröße d50 von mindestens 10 nm, bevorzugt von mindestens 15 nm. Im Falle von TiO2 kann die mittlere Partikelgröße mindestens 40 nm betragen. Hierbei handelt es sich bevorzugt um die mittlere Partikelgröße der Primärpartikel der oberflächenmodifizierten Nanopartikel, d. h., bevor diese Primärpartikel in einem möglichen weiteren Reaktionsschritt zu größeren Agglomeraten zusammenkommen. The binder component is surface-modified nanoparticles selected from n-ZrO 2 and / or n-TiO 2 . These are nano-ZrO 2 (n-ZrO 2 ) and nano-TiO 2 (n-TiO 2 ). The binder component preferably has an average particle size d 50 of less than 150 nm, preferably less than 100 nm, more preferably less than 80 nm, and most preferably less than 60 nm. According to another preferred embodiment, the particles have the binder component an average particle size d 50 of at least 10 nm, preferably of at least 15 nm. In the case of TiO 2 , the average particle size may be at least 40 nm. This is preferably the mean particle size of the primary particles of the surface-modified nanoparticles, ie, before these primary particles come together in a possible further reaction step to form larger agglomerates.
Erfindungsgemäß werden die Partikel der Binderkomponente oberflächenmodifiziert. Durch diese Oberflächenmodifizierung können die Binderpartikel in fein verteilter Form in der Beschichtungszusammensetzung erhalten bleiben. Nachteil bisheriger Binderzusammensetzungen ist die Agglomeration der nanoskaligen Binderpartikel zu größeren Partikelagglomeraten. Durch die Verwendung eines oberflächenmodifizierten Binderpartikels kann diese Agglomeration vermindert bzw. vermieden werden. Somit bleiben die nanoskaligen Binderpartikel in kleinerer Größe in der Beschichtungszusammensetzung erhalten.According to the invention, the particles of the binder component are surface-modified. By this surface modification, the binder particles can be retained in finely divided form in the coating composition. A disadvantage of previous binder compositions is the agglomeration of the nanoscale binder particles into larger particle agglomerates. By using a surface-modified binder particle, this agglomeration can be reduced or avoided. Thus, the smaller size nanoscale binder particles are retained in the coating composition.
Bevorzugt ist das oberflächenmodifizierende Mittel eine Oxaalkansäure, d. h. eine aliphatische Carbonsäure, bei der ein oder mehrere Kohlenstoffatome durch Sauerstoffatome ersetzt worden sind. Bevorzugt basiert eine Oxaalkansäure auf einer geradkettigen, aliphatischen Carbonsäure, wobei jedoch auch verzweigte Oxaalkansäuren verwendet werden können. Weiter bevorzugt handelt es sich bei der Oxaalkansäure um eine auf einer aliphatischen C4-C15 Carbonsäure basierende Verbindung, bei der ein oder mehrere Kohlenstoffatome, d. h. Methylengruppen, durch Sauerstoffatome ersetzt wurden. Weiter bevorzugt wird jede dritte Methylengruppe einer aliphatischen Carbonsäure durch ein Sauerstoffatom ersetzt, um eine Oxacarbonsäure zu erhalten.Preferably, the surface modifying agent is an oxaalkanoic acid, ie, an aliphatic carboxylic acid in which one or more carbon atoms have been replaced by oxygen atoms. Preferably, an oxaalkanoic acid is based on a straight-chain, aliphatic carboxylic acid, but it is also possible to use branched oxaalkanoic acids. More preferably, the oxaalkanoic acid is a C 4 -C 15 aliphatic carboxylic acid based compound in which one or more carbon atoms, ie methylene groups, have been replaced by oxygen atoms. More preferably, every third methylene group of an aliphatic carboxylic acid is replaced by an oxygen atom to obtain an oxacarboxylic acid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Nanopartikel der Binderkomponenten, die im Folgenden auch als Nanobinder bezeichnet werden, mit einem oberflächenmodifizierenden Mittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 3,6,9-Trioxadecansäure (2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]essigsäure) (TODS), 3,6-Dioxaheptansäure (2-(2-Methoxyethoxy)essigsäure), Essigsäure, Polyacrylsäure und deren Salzen, und alkalischen Polycarbonaten, oberflächenmodifiziert. Bevorzugt wird 3,6,9-Trioxadecansäure als oberflächenmodifizierendes Mittel verwendet. Polyacrylsäure (PAS) und deren Salze können beispielsweise eine Molmasse im Bereich von 500 bis 8000 g/mol, oder von 2000 bis 6000 g/mol, besitzen.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nanoparticles of the binder components, which are also referred to below as nanobinders, are reacted with a surface-modifying agent selected from the group consisting of 3,6,9-trioxadecanoic acid (2- [2- (2 -Methoxyethoxy) ethoxy] acetic acid) (TODS), 3,6-dioxaheptanoic acid (2- (2-methoxyethoxy) acetic acid), acetic acid, polyacrylic acid and its salts, and alkaline polycarbonates, surface-modified. Preferably, 3,6,9-trioxadecanoic acid is used as the surface-modifying agent. Polyacrylic acid (PAS) and its salts may, for example, have a molecular weight in the range from 500 to 8000 g / mol, or from 2000 to 6000 g / mol.
Zur Oberflächenmodifizierung der Nanopartikel der Binderkomponente können die Nanopartikel, wie beispielsweise ZrO2 oder TiO2, mit einem oberflächenmodifizierenden Mittel vermischt werden. Bevorzugt werden hierbei zwischen 1 und 50 g oberflächenmodifizierendes Mittel auf 100 g Nanopartikel eingesetzt.For surface modification of the nanoparticles of the binder component, the nanoparticles, such as ZrO 2 or TiO 2 , may be mixed with a surface modifying agent. Preferably, between 1 and 50 g of surface-modifying agent are used per 100 g of nanoparticles.
Die Oberflächenmodifizierung der Binderpartikel kann zum einen die Agglomeration der Partikel vermindern oder verhindern, indem die Partikel sterisch voneinander abgeschirmt werden. Zum anderen tragen die oberflächenmodifizierenden Mittel zu einer elektrostatischen Stabilisierung der Partikel bei. Idealerweise halten sich die sterische und die elektrostatische Wirkung im Gleichgewicht, wodurch einerseits die Agglomeration der Partikel verhindert werden kann, andererseits die Verarbeitung der Beschichtungszusammensetzung jedoch nicht gestört wird. Wird beispielsweise die elektrostatische Wirkung zu stark, kann die Ausbildung von homogenen Tröpfchen beim Versprühen der Beschichtungszusammensetzung gestört sein, und somit eine homogene Beschichtung erschwert werden.The surface modification of the binder particles can on the one hand reduce or prevent the agglomeration of the particles by sterically shielding the particles from one another. On the other hand, the surface-modifying agents contribute to an electrostatic stabilization of the particles. Ideally, the steric and electrostatic effects are balanced, which, on the one hand, can prevent the agglomeration of the particles but, on the other hand, does not disturb the processing of the coating composition. For example, if the electrostatic effect is too strong, the formation of homogeneous droplets may be disturbed when spraying the coating composition, and thus a homogeneous coating difficult.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die oberflächenmodifizierten Partikel die Viskositätseigenschaften der Beschichtungszusammensetzung vorteilhaft beeinflussen können.Without wishing to be bound by theory, it is believed that the surface-modified particles may beneficially affect the viscosity characteristics of the coating composition.
Wichtig bei der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch die Mengenverhältnisse zwischen der Pulverkomponente und der Binderkomponente. Die Pulverkomponente wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Menge von 85–97 Gew.-%, bevorzugt von 90–97 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil in der Beschichtungszusammensetzung, verwendet.Also important in the preparation of the coating composition according to the present invention are the proportions between the powder component and the binder component. The powder component is used in a preferred embodiment in an amount of 85-97% by weight, preferably 90-97% by weight, based on the solids content in the coating composition.
Die Binderkomponente kann in Abhängigkeit von der Art der Binderkomponente in unterschiedlichen Mengen verwendet werden. Bei der Verwendung von ZrO2 als Binderkomponente kann diese in einer Menge im Bereich von 3 bis 10 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von 5 bis 8 Gew.-%, weiter bevorzugt von 5,5 bis 7,5 Gew.-%, und am meisten bevorzugt von 5,8 bis 7,1 Gew.-%, bezogen auf die Menge der trockenen Pulverkomponente, verwendet werden.The binder component can be used in different amounts depending on the type of binder component. When ZrO 2 is used as the binder component, it may be present in an amount in the range of from 3 to 10% by weight, preferably in an amount of from 5 to 8% by weight, more preferably from 5.5 to 7.5% by weight. %, and most preferably from 5.8 to 7.1% by weight, based on the amount of the dry powder component.
Bei der Verwendung von oberflächenmodifiziertem TiO2 als Binderkomponente, kann die Menge an Binderkomponente im Verhältnis zur Verwendung von ZrO2 vermindert werden. Folglich kann in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung von TiO2 als Binderkomponente diese bevorzugt in einer Menge im Bereich von 2 bis 7 Gew.-%, weiter bevorzugt von 3 bis 6,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 3,2 bis 6,0 Gew.-%, und am meisten bevorzugt von 3,5 bis 5,9 Gew.-%, bezogen auf die Menge an trockener Pulverkomponente, verwendet werden. When using surface-modified TiO 2 as the binder component, the amount of binder component can be reduced relative to the use of ZrO 2 . Thus, in a preferred embodiment of the present invention, when TiO 2 is used as the binder component, it may preferably be contained in an amount in the range of 2 to 7% by weight, more preferably 3 to 6.5% by weight, more preferably 3 , 2 to 6.0 wt%, and most preferably from 3.5 to 5.9 wt%, based on the amount of dry powder component.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Binderkomponente lediglich einer der beiden oben genannten Binder verwendet, d. h. TiO2 und ZrO2 werden nicht nebeneinander als Binderkomponente verwendet. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird eine Mischung der beiden Binderkomponenten aus TiO2 und ZrO2 eingesetzt.According to a preferred embodiment, only one of the two abovementioned binders is used for the binder component, ie TiO 2 and ZrO 2 are not used side by side as binder component. According to another preferred embodiment, a mixture of the two binder components of TiO 2 and ZrO 2 is used.
Auch die Partikelgrößen der oberflächenmodifizierten Nanopartikel können sich je nach Art des verwendeten Binders unterscheiden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Binderkomponente oberflächenmodifiziertes ZrO2 und die Partikel besitzen eine mittlere Partikelgrößenverteilung (d50) von 10 bis 30 nm, weiter bevorzugt von 15 bis 25 nm, weiter bevorzugt von 18 bis 22 nm.The particle sizes of the surface-modified nanoparticles can also differ depending on the type of binder used. According to a preferred embodiment, the binder component comprises surface-modified ZrO 2 and the particles have an average particle size distribution (d 50 ) of 10 to 30 nm, more preferably 15 to 25 nm, more preferably 18 to 22 nm.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Binderkomponente oberflächenmodifiziertes TiO2 und die Partikel besitzen eine mittlere Partikelgröße (d50) von 40 bis 60 nm, bevorzugt von 45 bis 55 nm, weiter bevorzugt von 48 bis 52 nm.In an alternative embodiment, the binder component comprises surface-modified TiO 2 and the particles have an average particle size (d 50 ) of 40 to 60 nm, preferably 45 to 55 nm, more preferably 48 to 52 nm.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die oberflächenmodifizierten Nanopartikel der Binderkomponente separat in einer Suspension aufbereitet werden, bevor diese Suspension zur Beschichtungszusammensetzung zugegeben wird. Diese Suspension der Nanopartikel kann in üblichen Lösungsmitteln, wie sie auch zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden, hergestellt werden. Bevorzugt besitzt diese Suspension eine Menge an Nanopartikeln im Bereich von 30 bis 70 Gew.-%, bevorzugt von 35 bis 60 Gew.-%, weiter bevorzugt von 40 bis 55 Gew.-% Nanopartikel, bezogen auf die Gesamtmenge der Suspension an Nanopartikeln.According to another preferred embodiment, the surface-modified nanoparticles of the binder component can be prepared separately in a suspension before this suspension is added to the coating composition. This suspension of nanoparticles can be prepared in conventional solvents, as are also used to prepare the coating composition. Preferably, this suspension has an amount of nanoparticles in the range of 30 to 70 wt .-%, preferably from 35 to 60 wt .-%, more preferably from 40 to 55 wt .-% of nanoparticles, based on the total amount of the suspension of nanoparticles.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lösungsmittel vorgelegt, anschließend der Verflüssiger zugegeben, gefolgt von den Pulverkomponenten und schließlich dem Nanobinder.In a preferred embodiment, the solvent is initially introduced, then the condenser is added, followed by the powder components and finally the nanobinder.
Bei der Bereitstellung der Beschichtungszusammensetzung wird vorzugsweise erfindungsgemäß ein Verflüssiger verwendet. Dieser Verflüssiger wird zugesetzt, um ausreichend schnell eine stabile und homogene Suspension zu erhaben. Dabei kann der Verflüssiger zusätzlich homogenisierend, dispergierend und/oder stabilisierend für die Beschichtungszusammensetzung wirken. Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt 3,6,9-Trioxadecansäure und/oder 3,6-Dioxaheptansäure als Verflüssiger verwendet.In providing the coating composition, a plasticizer is preferably used in the present invention. This condenser is added to raise a stable and homogeneous suspension sufficiently quickly. In this case, the condenser can additionally act homogenizing, dispersing and / or stabilizing for the coating composition. In the present invention, 3,6,9-trioxadecanoic acid and / or 3,6-dioxaheptanoic acid is preferably used as the plasticizer.
Der Verflüssiger wird bevorzugt in einer Menge von 0–1%, besonders bevorzugt von 0,3–0,7% Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der flüssigen Beschichtungszusammensetzung bzw. Beschichtungszusammensetzungssuspension, verwendet. Eine geringere Menge als 0,3 Gew.-% an Verflüssiger kann zu einer Agglomeration der in der Beschichtungszusammensetzung vorliegenden Partikel führen, insbesondere zu einer Agglomeration oder Destabilisierung der Pigmentpartikel, und somit zu einer Destabilisierung der Beschichtungszusammensetzung.The liquefier is preferably used in an amount of 0-1%, particularly preferably 0.3-0.7% by weight, based on the total amount of the liquid coating composition or coating composition suspension. An amount less than 0.3% by weight of liquefier can lead to agglomeration of the particles present in the coating composition, in particular to agglomeration or destabilization of the pigment particles, and thus to a destabilization of the coating composition.
Wird die Beschichtungszusammensetzung durch Sprühen aufgebracht, kann beim Aufsprühen der Beschichtungszusammensetzung ein Sprühstaub entstehen. Dieser Sprühstaub ist üblicherweise unerwünscht. Um beim Sprühprozess die Bildung von Sprühstaub zu vermindern, kann der Beschichtungszusammensetzung darüber hinaus ein Alkohol mit einer Menge von bis zu 1 Gew.-% zugegeben werden. Bevorzugt werden hierzu Propanol und/oder Butylglykol (2-Butoxyethanol) zugegeben. Durch diese Zugabe eines Alkohols in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% kann die Ausbildung von Sprühstaub vermindert bzw. unterbunden werden. Darüber hinaus kann die Zugabe eines Alkohols auch die Verlaufseigenschaften der Beschichtungszusammensetzung positiv beeinflussen.If the coating composition is applied by spraying, spraying dust may form on spraying the coating composition. This spray dust is usually undesirable. In order to reduce the formation of spray dust during the spraying process, an alcohol may also be added to the coating composition in an amount of up to 1% by weight. Propanol and / or butyl glycol (2-butoxyethanol) are preferably added for this purpose. By this addition of an alcohol in an amount of less than 1 wt .-%, the formation of spray dust can be reduced or prevented. In addition, the addition of an alcohol can also positively influence the flow properties of the coating composition.
Als vierte Komponente wird der Beschichtungszusammensetzung erfindungsgemäß eine Säure zugegeben. Durch die Säure wird die Ausbildung der keramischen Beschichtung verbessert. Als Säure kann jede anorganische Säure verwendet werden. Bevorzugt wird die Säure ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Schwefelsäure, wobei hier besonders die Salpetersäure bevorzugt ist. Bevorzugt wird die Säure in einer Konzentration im Bereich von 1–13 mol-% verwendet. Bevorzugt wird die Säure, bevorzugt Salpetersäure, in einer Menge von 0,35 bis 0,8 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Beschichtungszusammensetzung.As the fourth component, an acid is added to the coating composition according to the invention. The acid improves the formation of the ceramic coating. As the acid, any inorganic acid can be used. Preferably, the acid is selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid, in which case especially the nitric acid is preferred. Preferably, the acid is used in a concentration in the range of 1-13 mol%. Preferably, the acid, preferably nitric acid, in an amount of 0.35 to 0.8 wt .-% based on the total amount of the coating composition.
Die in Schritt a) bereitgestellte Beschichtungszusammensetzung besitzt ein strukturviskoses rheologisches Verhalten. Abhängig von der Schergeschwindigkeit werden beispielsweise dynamische Viskositäten zwischen 300 mPas (bei 20 l/s) und 50 mPas (bei 1200 l/s) erreicht. Zur Verringerung der Viskosität kann zusätzlich eines der oben genannten Lösungsmittel zugegeben werden, das bereits zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Viskosität durch Zugabe mindestens eines Alkohols eingestellt werden. Bevorzugt kann hierzu ein aliphatischer Alkohol eingesetzt werden, weiter bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, tert-Butanol und 2-Butoxyethanol, und bevorzugt Ethanol und/oder iso-Propanol sein. Auch Gemische verschiedener Alkohole können verwendet werden.The coating composition provided in step a) has a pseudoplastic rheological behavior. Depending on the shear rate, for example, dynamic viscosities between 300 mPas (at 20 l / s) and 50 mPas (at 1200 l / s) are achieved. To reduce In addition, one of the abovementioned solvents, which is already used to prepare the coating composition, may be added to the viscosity. Alternatively or additionally, the viscosity can be adjusted by adding at least one alcohol. Preference is given to using an aliphatic alcohol, more preferably selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, tert-butanol and 2-butoxyethanol, and preferably ethanol and / or iso-propanol. It is also possible to use mixtures of different alcohols.
Unter einem aliphatischen Alkohol, oder auch kurz als Alkohol bezeichnet, soll in der vorliegenden Erfindung ein geradkettiger oder verzweigter, gesättigter Alkohol verstanden werden. Bevorzugt ist ein aliphatischer Alkohol ein geradkettiger oder verzweigter C1-C10-Alkohol, weiter bevorzugt ein geradkettiger oder verzweigter C1-C6-Alkohol, weiter bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, und tert-Butanol.An aliphatic alcohol, or also referred to as alcohol for short, is to be understood in the present invention to mean a straight-chain or branched, saturated alcohol. An aliphatic alcohol is preferably a straight-chain or branched C 1 -C 10 -alcohol, more preferably a straight-chain or branched C 1 -C 6 -alcohol, more preferably selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isobutyl, Propanol, n-butanol, iso-butanol, and tert-butanol.
Durch die Einstellung der Viskosität können unterschiedliche Trägermaterialien gleichmäßig beschichtet werden. Insbesondere saugfähige Trägerkörper, wie beispielsweise Cordierit, verlangen die Einstellung der Viskosität entsprechend dem Saugvermögen, um Beschichtungen mit unterschiedlichen Dicken auftragen zu können. Darüber hinaus besitzt der Alkohol die vorteilhafte Eigenschaft, dass beim Trocknen der aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung diese gleichmäßig trocknen und ohne oder mit verminderter Rißbildung eine grüne Beschichtung ausbilden kann. Durch die Verwendung eines Alkohols in der Beschichtungszusammensetzung kann daher die Rißbildung während des Trocknens der Beschichtungszusammensetzung vermindert bzw. vollständig verhindert werden.By adjusting the viscosity, different carrier materials can be uniformly coated. In particular, absorbent carrier bodies, such as cordierite, require adjustment of the viscosity in accordance with the pumping speed in order to be able to apply coatings of different thicknesses. In addition, the alcohol has the advantageous property that when drying the applied coating composition, it can dry evenly and form a green coating with or without reduced cracking. By using an alcohol in the coating composition, therefore, cracking during drying of the coating composition can be reduced or completely prevented.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Alkohol zur Einstellung der Viskosität der Beschichtungszusammensetzung verwendet. Bei der Verwendung von Alkohol zur Einstellung der Viskosität kann dieser in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von 3 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 3 bis 15 Gew.-%, weiter bevorzugt in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt in einer Menge von 3 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Beschichtungszusammensetzung, zugegeben werden.In a preferred embodiment of the present invention, alcohol is used to adjust the viscosity of the coating composition. When using alcohol for adjusting the viscosity, it may be used in an amount of from 1 to 20% by weight, preferably in an amount of from 3 to 20% by weight, more preferably in an amount of from 3 to 15% by weight, more preferably in an amount of from 3 to 10% by weight, and most preferably in an amount of from 3 to 5% by weight, based on the total weight of the liquid coating composition.
Nach Einstellen der Viskosität der Beschichtungszusammensetzung kann die fertige Beschichtungszusammensetzung eine Viskosität im Bereich von 50–90 mPas bei einer Scherrate von 1200 l/s besitzen.After adjusting the viscosity of the coating composition, the final coating composition may have a viscosity in the range of 50-90 mPas at a shear rate of 1200 l / s.
Nach Bereitstellen der Beschichtungszusammensetzung wird die Beschichtungszusammensetzung in einem Schritt b) auf mindestens eine Oberfläche eines Trägerkörpers aufgebracht. Das Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf den Trägerkörper kann mit herkömmlichen Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Tauchbeschichtung, Fluten, Besprühen oder Spincoating. Die Beschichtungszusammensetzung wird bevorzugt in einer Dicke aufgebracht, so dass die endgültige keramische Beschichtung nach dem Brennen bzw. Verfestigen der Beschichtungszusammensetzung eine Dicke im Bereich von 1 bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 70 μm, weiter bevorzugt im Bereich von 10 bis 50 μm aufweist.After providing the coating composition, the coating composition is applied in step b) on at least one surface of a carrier body. The application of the coating composition to the carrier body can be carried out by conventional methods, for example by means of dip coating, flooding, spraying or spin coating. The coating composition is preferably applied in a thickness such that the final ceramic coating after firing of the coating composition has a thickness in the range of 1 to 100 μm, preferably in the range of 5 to 70 μm, more preferably in the range of 10 to 50 has μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trägerkörper, auf den die Beschichtungszusammensetzung aufgebracht wird, ausgewählt aus einem Wabenkörper, insbesondere einem Wabenkörper mit rechteckigen Waben, keramischem Schüttgut, insbesondere Kugeln oder Ringe, und/oder einem Metallblech. Es ist jedoch auch möglich, die Beschichtungszusammensetzung auf eine Emailschicht aufzubringen. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Möglichkeit, sowohl die Emailbeschichtung als auch die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung in einem einzigen Schritt zu brennen bzw. zu verfestigen. Hierzu kann zunächst die Emailbeschichtung aufgebracht werden, und nach dem Trocknen der Emailbeschichtung ohne vorheriges Brennen der Emailbeschichtung, direkt die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung aufgebracht werden. In einem anschließenden Brennschritt können sowohl die Emailbeschichtung als auch die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung eingebrannt werden.In a preferred embodiment, the carrier body to which the coating composition is applied is selected from a honeycomb body, in particular a honeycomb body with rectangular honeycombs, ceramic bulk material, in particular spheres or rings, and / or a metal sheet. However, it is also possible to apply the coating composition to an enamel layer. Particularly advantageous here is the possibility of burning or solidifying both the enamel coating and the coating composition according to the invention in a single step. For this purpose, the enamel coating can first be applied, and after drying the enamel coating without prior firing of the enamel coating, the coating composition according to the invention can be applied directly. In a subsequent firing step, both the enamel coating and the coating composition according to the invention can be baked.
Beim Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf einen Wabenkörper, kann die Beschichtung mittels Tauchbeschichtung erfolgen. Die Tauchbeschichtung kann in Abhängigkeit von der Anzahl der Waben in dem Wabenkörper erfolgen. Bei Wabenkörpern mit einer hohen Anzahl an Waben pro Fläche, d. h. einem geringen Durchmesser der einzelnen Waben, werden üblicherweise geringer viskose Beschichtungszusammensetzungen verwendet. Wird eine Beschichtungszusammensetzung mit einer zu hohen Viskosität verwendet, so kann möglicherweise keine gleichmäßige Beschichtung in allen Bereichen des Wabenkörpers ausgebildet werden.When applying the coating composition to a honeycomb body, the coating may be done by dip coating. The dip coating may be done depending on the number of honeycombs in the honeycomb body. For honeycomb bodies with a high number of honeycombs per area, d. H. a small diameter of the individual honeycombs, usually less viscous coating compositions are used. If a coating composition having too high a viscosity is used, it may not be possible to form a uniform coating in all regions of the honeycomb body.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt ein Wabenkörper mindestens 20 Zellen pro Quadratzoll, bevorzugt mindestens 40 Zellen pro Quadratzoll, weiter bevorzugt mindestens 100 Zellen pro Quadratzoll, weiter bevorzugt mindestens 150 Zellen pro Quadratzoll.In a preferred embodiment of the present invention, a honeycomb body has at least 20 cells per square inch, preferably at least 40 cells per square inch, more preferably at least 100 cells per square inch, more preferably at least 150 cells per square inch.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Trägermaterial um Cordieritkeramiken oder Aluminiumsilikatkeramiken, insbesondere um einen Cordierit-Wabenkörper oder Aluminiumsilikat-Wabenkörper. In another preferred embodiment of the present invention, the carrier material is cordierite ceramics or aluminum silicate ceramics, in particular a cordierite honeycomb body or aluminum silicate honeycomb body.
Nach dem Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf den Trägerkörper wird die Beschichtungszusammensetzung in Schritt c) getrocknet. Dies kann an der Luft erfolgen, es ist jedoch auch möglich, die Trocknung zu beschleunigen. Dies kann beispielsweise durch eine Verminderung des Umgebungsdruckes oder durch Erhöhen der Temperatur erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung mittels warmer Luft getrocknet, die durch die Innenkanäle des Wabenkörpers hindurch geströmt wird. Dabei kann das verdampfte Lösungsmittel leicht abtransportiert werden. Das Trocknen des Trägerkörpers kann bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 80°C, weiter bevorzugt im Bereich von 30 bis 40°C, erfolgen.After applying the coating composition to the carrier body, the coating composition is dried in step c). This can be done in the air, but it is also possible to accelerate the drying. This can be done for example by reducing the ambient pressure or by increasing the temperature. In a preferred embodiment, the applied coating composition is dried by means of warm air which is flowed through the inner channels of the honeycomb body. In this case, the evaporated solvent can be easily removed. The drying of the carrier body can be carried out at a temperature in the range from 25 to 80 ° C, more preferably in the range from 30 to 40 ° C.
In einem letzten Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung wird die getrocknete Beschichtungszusammensetzung, wie sie in Schritt c) erzeugt wurde, verfestigt. Durch das Verfestigen, das einen Brennvorgang beinhaltet, entsteht aus der getrockneten Beschichtungszusammensetzung eine keramische Beschichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die getrocknete Beschichtungszusammensetzung bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 1500°C, bevorzugt im Bereich von 500 bis 1000°C, weiter bevorzugt im Bereich von 600 bis 850°C gebrannt werden. Die Brenntemperatur kann dabei beispielsweise über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten, bevorzugt von mindestens 1 Stunde, weiter bevorzugt von mindestens 2 Stunden gehalten werden.In a final process step according to the present invention, the dried coating composition as produced in step c) is solidified. By solidifying, which involves a firing process, a ceramic coating is formed from the dried coating composition. In a preferred embodiment of the present invention, the dried coating composition may be fired at a temperature in the range of 400 to 1500 ° C, preferably in the range of 500 to 1000 ° C, more preferably in the range of 600 to 850 ° C. The firing temperature can be maintained, for example, over a period of at least 30 minutes, preferably at least 1 hour, more preferably at least 2 hours.
Bei Aufheizen bzw. Abkühlen des beschichteten Trägermaterials ist vor allem zu berücksichtigen, dass das Trägermaterial nicht durch zu starke Temperaturschwankungen zu Schaden kommt. Es ist daher bevorzugt, die Aufheizrate bzw. die Abkühlrate derart zu wählen, dass das Trägermaterial unverändert nach dem Brennvorgang vorliegt. Beispielhafte Heizraten schließen Raten von nicht mehr als 200°C/h, bevorzugt nicht mehr als 100°C/h, weiter bevorzugt nicht mehr als 80°C/h ein. Das Abkühlen kann mit ebensolchen Raten erfolgen.When heating or cooling the coated carrier material, it must be taken into account, above all, that the carrier material is not damaged by excessive temperature fluctuations. It is therefore preferable to select the heating rate or the cooling rate such that the carrier material is present unchanged after the firing process. Exemplary heating rates include rates of not more than 200 ° C / hr, preferably not more than 100 ° C / hr, more preferably not more than 80 ° C / hr. The cooling can be done with just such rates.
Bevorzugt werden das Trocknen und das Brennen in getrennten Verfahrensschritten durchgeführt, um sicherstellen zu können, dass das Trocknen vollständig abgeschlossen ist, bevor der Brennvorgang gestartet wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass beide Schritte unmittelbar aneinander anschließen und somit zu einem Schritt zusammengefasst werden.Preferably, drying and firing are performed in separate process steps to ensure that drying is complete before starting firing. However, it is also conceivable that both steps directly adjoin one another and thus be combined into one step.
Im Folgenden sollen einige Begriffe, wie sie in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, näher erläutert werden.In the following, some terms as used in the present application will be explained in more detail.
„Nanopartikel” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser (auch als mittlere Partikelgröße bezeichnet) von nicht mehr als 100 nm oder aber re-dispergierbare Agglomerate solcher Partikel. Unter dem mittleren Partikeldurchmesser wird vorliegend, sofern nicht anders angegeben, der Partikeldurchmesser bezogen auf das Volumenmittel verstanden (D50-Wert). Der D50-Wert wird mittels dynamischer Lichtstreuung, beispielsweise mit einem UPA (Ultrafine Particle Analyser) oder einem Malverngerät bestimmt. Das Prinzip der dynamischen Lichtstreuung ist auch unter den Bezeichnungen „Photonenkorrelationsspektroskopie” (PCS) oder „quasielastische Lichtstreuung” (QELS) bekannt. Bei besonders kleinen Partikeln können auch quantitative elektronenmikroskopische Methoden (insbesondere TEM) verwendet werden. Darüber hinaus kann zu Bestimmung der Primärpartikelgröße auch Röntgenbeugung (XRD) verwendet werden."Nanoparticles" in the sense of the present invention are particles having an average particle diameter (also referred to as average particle size) of not more than 100 nm or else re-dispersible agglomerates of such particles. Unless stated otherwise, the average particle diameter is taken to mean the particle diameter based on the volume average (D 50 value). The D 50 value is determined by dynamic light scattering, for example with an UPA (Ultrafine Particle Analyzer) or a Malverngerät. The principle of dynamic light scattering is also known by the terms "photon correlation spectroscopy" (PCS) or "quasi-elastic light scattering" (QELS). For particularly small particles, quantitative electron microscopic methods (in particular TEM) can also be used. In addition, X-ray diffraction (XRD) can also be used to determine primary particle size.
Die Messung der Viskosität einer Beschichtungsmessung ist eine Messung der dynamischen Viskosität. Sie kann in einem thermostatisierbaren Rotationsviskosimeter bei 20°C erfolgen. Dabei ist die Angabe der entsprechenden Schergeschwindigkeit zu beachten.The measurement of the viscosity of a coating measurement is a measurement of the dynamic viscosity. It can be done in a thermostatable rotation viscometer at 20 ° C. The specification of the corresponding shear rate must be observed.
Die beschichteten Trägerkörper gemäß der vorliegenden Erfindung können vorteilhafterweise in der katalytischen Reinigung von mit VOCs versetzten Abgasen eingesetzt werden. Insbesondere geeignet sind die beschichteten Trägerkörper gemäß der vorliegenden Erfindung zur oxidationskatalytischen Behandlung von gasförmigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) oder von Aerosolgemischen, die beispielsweise organische Lösemittel, Fett- oder Wachströpfchen enthalten können.The coated carrier bodies according to the present invention can be advantageously used in the catalytic purification of VOCs offset exhaust gases. The coated carrier bodies according to the present invention are particularly suitable for the oxidation-catalytic treatment of gaseous organic hydrocarbons (VOCs) or of aerosol mixtures which may contain, for example, organic solvents, fat droplets or wax droplets.
Durch die Aufbringung einer erfindungsgemäßen Beschichtung kann die Oberfläche des Trägerkörpers signifikant erhöht werden. In Abhängigkeit von der Schichtdicke der keramischen Beschichtung kann sich eine Erhöhung der reaktiven Oberfläche bei einer Schichtdicke von 50 μm von etwa 5 600, bei einer Schichtdicke von 400 μm etwa um den Faktor 45 000 ergeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt daher die keramische Beschichtung eine Erhöhung der Oberfläche pro 10 μm Schichtdicke um einen Faktor von mindestens 200, bevorzugt mindestens 500, weiter bevorzugt von mindestens 800, weiter bevorzugt von mindestens 1000, und am meisten bevorzugt von mindestens 1200 bereit.By applying a coating according to the invention, the surface of the carrier body can be significantly increased. Depending on the layer thickness of the ceramic coating, an increase of the reactive surface at a layer thickness of 50 μm may result from about 5,600, with a layer thickness of 400 μm about a factor of 45,000. Thus, according to a preferred embodiment, the ceramic coating provides an increase in surface area per 10 μm layer thickness by a factor of at least 200, preferably at least 500, more preferably at least 800, more preferably at least 1000, and most preferably at least 1200.
Aufgrund der offenporigen Struktur der keramischen Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können VOCs in die Poren der Beschichtung eindringen und mit dort gespeichertem bzw. vorliegendem Sauerstoff oxidiert werden. Ohne auf diese Theorie festgelegt sein zu wollen, wird angenommen, dass in der offenporigen Struktur ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, um die VOCs in Poren umsetzen zu können. Due to the open-pored structure of the ceramic coating according to the present invention, VOCs can penetrate into the pores of the coating and be oxidized with oxygen stored there. Without wishing to be bound by theory, it is believed that there is sufficient oxygen in the open cell structure to convert the VOCs into pores.
Unter VOCs gemäß der vorliegenden Erfindung sollen auf Kohlenstoff basierende organische Verbindungen verstanden werden, die bei Umgebungsdruck einen Siedepunkt von mindestens 50°C, oder von mindestens 80°C, oder von mindestens 100°C besitzen. Die VOCs können dabei unterhalb einem Siedepunkt von 400°C, oder unterhalb von 300°C, oder unterhalb von 250°C bei Umgebungsdruck sieden.VOCs according to the present invention are to be understood as meaning carbon-based organic compounds which have a boiling point of at least 50 ° C., or of at least 80 ° C., or of at least 100 ° C., at ambient pressure. The VOCs can boil below a boiling point of 400 ° C, or below 300 ° C, or below 250 ° C at ambient pressure.
Die mit VOCs beladenen Abgase können in üblicher Weise über die Oberfläche des Trägerkörpers geleitet werden, um den oxidativen Abbau der VOCs zu ermöglichen. Bevorzugt wird dabei eine Temperatur von 150 bis 500°C verwendet, weiter bevorzugt von 200 bis 450°C. Es sind jedoch auch Temperaturen bis 800°C möglich.The exhaust gases laden with VOCs can be passed in a customary manner over the surface of the carrier body in order to enable the oxidative degradation of the VOCs. Preference is given to a temperature of 150 to 500 ° C is used, more preferably from 200 to 450 ° C. However, temperatures of up to 800 ° C are possible.
Die Raumgeschwindigkeiten können dabei zwischen 500/h und 20 000/h liegen mit Konzentrationen an VOCs von 1 bis 100 g/m3, bevorzugt von 1 bis 25 g/m3.The space velocities can be between 500 / h and 20,000 / h with concentrations of VOCs from 1 to 100 g / m 3 , preferably from 1 to 25 g / m 3 .
Zur Unterstützung des oxidativen Abbaus an den keramischen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung können die Beschichtungen zusätzlich mit einem Edelmetallkatalysator versehen werden. Dieser Katalysator kann beispielsweise ein oder mehrere Edelmetalle, ausgewählt aus Platin, Palladium, Rhodium und/oder Iridium, umfassen. Die Edelmetalle können in herkömmlicher Weise als Salzlösungen der Metalle aufgebracht werden und anschließend zu den Edelmetallen in-situ reduziert werden.To aid in oxidative degradation on the ceramic coatings of the present invention, the coatings may additionally be provided with a noble metal catalyst. This catalyst may, for example, comprise one or more noble metals selected from platinum, palladium, rhodium and / or iridium. The noble metals may be conventionally applied as salt solutions of the metals and subsequently reduced in-situ to the precious metals.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen keramischen Beschichtungen sind gegenüber herkömmlichen Edelmetallkatalysatoren deutlich günstiger, einfacher in ihrer Herstellung und robuster gegenüber Katalysatorgiften, wie beispielsweise Schwefelverbindungen, Halogenen und Schwermetallen. Darüber hinaus weisen die keramischen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung auch nicht die Abnutzung bei höherer Temperatur auf, wie sie üblicherweise Edelmetallkatalysatoren zeigen. Edelmetallkatalysatoren können bei erhöhter Temperatur an Effizienz verlieren, da die Edelmetallpartikel zusammenwachsen und somit an Oberfläche verlieren. Demgegenüber ist der keramische Katalysator der vorliegenden Erfindung äußerst temperaturstabil.The use of the ceramic coatings of the invention are compared to conventional noble metal catalysts significantly cheaper, easier to manufacture and more robust against catalyst poisons, such as sulfur compounds, halogens and heavy metals. Moreover, the ceramic coatings of the present invention also do not exhibit the higher temperature wear typically exhibited by noble metal catalysts. Noble metal catalysts can lose efficiency at elevated temperature because the noble metal particles grow together and thus lose surface. In contrast, the ceramic catalyst of the present invention is extremely temperature stable.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to some examples, without being limited to these examples.
BeispieleExamples
Beispiel 1: Vergleich der Abbauraten von EthanolExample 1: Comparison of the decomposition rates of ethanol
Zwei Cordierit-Trägerkörper mit 40 Zellen/Zoll2 wurden mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung mit ZrO2 als Bindemittel beschichtet. Als Vergleich wurde ein baugleicher Cordierit-Trägerkörper ohne Beschichtung verwendet.Two cordierite carrier bodies with 40 cells / inch 2 were coated with a coating according to the invention with ZrO 2 as binder. As a comparison, a structurally identical cordierite carrier body without coating was used.
Alle drei Trägerkörper besaßen ein Volumen von 0,176 l und wurden mit einem Luftstrom von 29 l/min beschickt. Dies entspricht einer Raumgeschwindigkeit von etwa 10 000/h. Der Luftstrom war mit 1 g bzw. 5 g Ethanol pro m3 versehen.All three carrier bodies had a volume of 0.176 l and were charged with an air flow of 29 l / min. This corresponds to a space velocity of about 10,000 / h. The air stream was provided with 1 g or 5 g of ethanol per m 3 .
Dahingegen ist aus
Beispiel 2: Vergleich der Abbauraten von ToluolExample 2: Comparison of the decomposition rates of toluene
Zwei Cordierit-Trägerkörper mit 40 Zellen/Zoll2 wurden mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung mit ZrO2 bzw. TiO2 als Bindemittel beschichtet. Als Vergleich wurde ein baugleicher Cordierit-Trägerkörper ohne Beschichtung verwendet.Two cordierite carrier bodies with 40 cells / inch 2 were coated with a coating according to the invention with ZrO 2 or TiO 2 as binder. As a comparison, a structurally identical cordierite carrier body without coating was used.
Alle drei Trägerkörper besaßen ein Volumen von 0,176 l und wurden mit einem Luftstrom von 47 l/min beschickt. Dies entspricht einer Raumgeschwindigkeit von etwa 16 100/h. Der Luftstrom war mit 1 g Toluol pro m3 versehen.All three support bodies had a volume of 0.176 l and were charged with an air flow of 47 l / min. This corresponds to a space velocity of about 16 100 / h. The air flow was provided with 1 g of toluene per m 3 .
Dahingegen ist aus
Beispiel 3: Abbau von Ethanol bei unterschiedlichen RaumgeschwindigkeitenExample 3: Degradation of ethanol at different space velocities
Mit Hilfe der keramischen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung kann stabil ein mit VOC beladener Abgasstrom gereinigt werden. Am Beispiel eines mit 1 g/m3 Ethanol beladenen Abgasstromes wurde gezeigt, dass, annähernd unabhängig von der Raumgeschwindigkeit (GHSV) eine fast 100%ige Abbaurate bereits bei Temperaturen unterhalb von 350°C auf einem mit einem erfindungsgemäß beschichteten Trägerkörper erreicht werden kann. Aus
Die Beschichtungssuspension wurde wie zuvor beschrieben hergestellt. Zum Beschichten der Trägerkörper werden diese in ein ausreichend befülltes Gefäß eingetaucht. Nachdem die Luft aus dem Waberkörper entwichen ist, wird nach ca. 1–2 Minuten der beschichtete Trägerkörper aus der Suspension gezogen, auf einem Abtropfgestell abgestellt und die in den Innenkanälen noch überstehende Beschichtung mit Druckluft so abgeblasen, dass die Beschichtung nicht zerstört wird. Dadurch wird ein Verstopfen der Innenkanäle mit überstehender Suspension vermieden. Danach wird der beschichtete Trägerkörper auf dem Trockengestell durch Innendurchströmung bei 40 bis 60°C getrocknet und nach vollständiger Trocknung im Ofen eine Stunde bei 830°C gebrannt.The coating suspension was prepared as previously described. For coating the carrier body they are immersed in a sufficiently filled vessel. After the air has escaped from the honeycomb body, after about 1-2 minutes, the coated support body is pulled out of the suspension, placed on a draining rack and blown off in the inner channels still protruding coating with compressed air so that the coating is not destroyed. As a result, clogging of the inner channels is avoided with supernatant suspension. Thereafter, the coated carrier body is dried on the drying rack by internal flow at 40 to 60 ° C and fired after complete drying in the oven for one hour at 830 ° C.
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