DE69818845T2

DE69818845T2 - Verfahren zur gewinnung und zum formen von plastifizierten mischungen und grünkörper daraus

Info

Publication number: DE69818845T2
Application number: DE69818845T
Authority: DE
Inventors: Devi Chalasani; Michael Fischer; J. Christopher MALARKEY; R. Kevin MCCARTHY; E. Brian STUTTS; E. Michael ZAK
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2001513481A; AU8510798A; AU730533B2; KR20010013674A; CA2291165A1; CN1241875C; DE69818845D1; EP1012126B1; EP1012126A1; PL338886A1; CN1263517A; BR9810388A; ATE251602T1; JP4550270B2; WO1999007652A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden und Formen harter bzw. steifer plastizierter Pulvergemische, die ein Tensid-Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und das Tensid enthalten. Das Gemisch enthält ebenfalls einen Bestandteil, in dem zumindest das Bindemittel, das Wasser und die Pulvermaterialien unlöslich sind, der als Nicht-Lösungsmittel bezeichnet wird. Das Wasser liegt in einer Menge vor, die weniger als diejenige beträgt, die ohne das Nicht-Lösungsmittel vorliegen würde. Die Kombination der Gemischbestandteile hat eine verbesserte Nassfestigkeit des ungebrannten Körpers im ungebrannten Zustand zur Folge, als sie ansonsten auftreten würde. Überdies tritt diese Zunahme der Nassfestigkeit im ungebrannten Zustand ohne zusätzliche Zunahmen des Druckes oder des Drehmomentes ein.
Weiterhin wird bei der Extrusion der obigen Gemische die Form des Extrudats oder Grünkörpers bzw. ungebrannten Körpers augenblicklich beibehalten, wenn es die Düse verläßt, und zwar ohne Zeitverzögerung.
Hintergrund der Erfindung
Pulvergemische mit einem Zelluloseether-Bindemittel werden beim Bilden von Artikeln bzw. Gegenständen verschiedener Formen verwendet. Beispielsweise werden Keramikpulvermischungen zu Waben geformt, die als Substrate in Katalyse- und Absorptionsanwendungen verwendet werden. Die Gemische müssen wohl gemischt und homogen sein, damit der sich ergebende Körper eine gute Integrität in Größe und Form aufweist und gleichförmige physikalische Eigenschaften hat. Die Gemische weisen organische Zusatzstoffe zusätzlich zu den Bindemitteln auf. Diese Additive bzw. Zusatzstoffe können Tenside, Gleitmittel und Dispersionsmittel sein und als Verarbeitungshilfen dienen, um die Benetzung zu verbessern und dadurch einen gleichförmigen Ansatz zu erzeugen.
Ein großes und fortstehendes Bedürfnis bei der Extrusion von Körpern aus hoch gefüllten Pulvergemischen, insbesondere von multizellulären Körpern wie beispielsweise Waben, besteht darin, einen steiferen Körper zu extrudieren, ohne eine proportionale Zunahme der Drücke zu verursachen. Dieser Bedarf wird zunehmend entscheidend, wenn dünnerwandige zelluläre Strukturen mit höherer Zelldichte für verschiedene Anwendungen in größerem Umfang nachgefragt werden. Dünnwandige Produkte sind mit der gegenwärtigen Technologie extrem schwierig handzuhaben, ohne eine Verzerrung der Form zu verursachen.
Rasch abbindende Eigenschaften sind für Waben-Strukturen von Bedeutung. Wenn die Zellwände der Wabe sich rasch nach der Ausbildung verfestigen können, wird die Dimension der ungebrannten Ware in den anschließenden Schneid- und Behandlungsschritten nicht verändert werden. Dies stimmt insbesondere bei einem zerbrechlichen dünnwandigen oder komplex geformten Produkt oder einem Produkt mit einer größeren Frontfläche.
Früher übliche schnelle Versteifungensverfahren schließen eine zeitverzögerte Versteifung unter Verwendung von schnell aushärtenden Wachsen, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 5 568 652 offenbart ist und/oder die Aufbringung eines externen Feldes wie beispielsweise eines elektrischen, Ultraschall- oder RF-Feldes am Ausgang der Düse, ein. All diese Verfahren schließen die Extrusion weicher Ansätze ein. Historisch gesehen haben für hoch befüllte Keramikgemische weiche Ansätze zu einer besseren Extrusionsqualität geführt. Versuche, steifere Keramikansätze mit den gegenwärtigen Ansatzbestandteilen, d. h. Zelluloseether-Bindemittel, zu extrudieren, indem die Menge an Wasser und/oder von Additiven wie beispielsweise Natriumtallowat bzw. Rindertalg oder Natriumstearat gesenkt wurden, waren wegen den höheren Extrusionsdrücken, die sich aus einer Kollision feinerer Teilchen ergaben und wegen der Abrasivität der verwendeten Materialien nicht besonders erfolgreich.
Der wachsende Bedarf nach dünneren Netzen (25,4–50,8 μm; 1–2 mil)/hochdichten zellulären Produkten, die zu einer Form extrudiert werden sollen, macht eine Versteifung des Ansatzes sofort nachdem er die Düse verläßt notwendig.
Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf für ein sofortiges Ausbilden steifer Ansätze, das insbesondere zur Extrusion dünnwandiger Waben und zur Formbeibehaltung extrudierter Körper sofort nachdem der Ansatz die Düse verläßt von Vorteil ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß eines Aspektes stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Formen und Bilden eines plastizierten Pulvergemisches bereit, umfassend Pulvermaterialien, ein oberflächenaktives Mittel bzw. Tensid, ein Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und das oberflächenaktive Mittel, das ein Mischen und Plastizieren der Bestandteile, um ein plastiziertes Gemisch zu bilden, und ein Formen des plastizierten Gemisches zur Bildung eines ungebrannten Körpers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch weiterhin ein Nicht-Lösungsmittel bezüglich zumindest des Bindemittels, des Wassers und der Pulvermaterialien enthält, wobei das Nicht-Lösungsmittel eine niedrigere Viskosität als das mit Wasser kombinierte Bindemittel aufweist, wodurch der Wasseranteil niedriger ist, als in Abwesenheit des Nicht-Lösungsmittels zur Erzeugung eines plastizierten Gemisches notwendig wäre, und die Bestandteile so ausgewählt werden, dass eine verbesserte Naßfestigkeit im ungebrannten Zustand in dem anschließend gebildeten ungebrannten Körper erhalten wird, und dass das Bindemittel, das oberflächenaktive Mittel bzw. Tensid, das Wasser und das Nicht-Lösungsmittel dem Gemisch in Anteilen in Gew.-%, basierend auf den Pulvermaterialien, von 2–10% Bindemitteln, 0,2–10% oberflächenaktivem Mittel, 6–50% Wasser und 2–50% Nicht-Lösungsmittel, zugegeben wird.
Dieses Verfahren ist insbesondere zur Extrusionsverarbeitung wäßriger Bindemittel-Systeme wie beispielsweise Wasser und Zelluloseether und hydrophoben Nicht-Lösungsmitteln von Nutzen,Strukturen wie beispielsweise Waben auszubilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein plastiziertes Gemisch bereit, das Pulvermaterialien, oberflächenaktives Mittel, Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und den oberflächenaktiven Stoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch ebenfalls ein Nicht-Lösungsmittel bezüglich zumindest des Bindemittels, des Wassers und der Pulvermaterialien enthält, wobei das Nicht-Lösungsmittel eine geringere Viskosität als das Bindemittel in Kombination mit dem Wasser aufweist, wobei die Bestandteile so ausgewählt sind, dass sie eine verbesserte Nassfestigkeit im ungebrannten Zustand in einem anschließend gebildeten ungebrannten Körper zur Folge haben und dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel, das oberflächenaktive Mittel, das Wasser und Nicht-Lösungsmittel im Gemisch in Mengen in Gew.-% auf Grundlage der Pulvermaterialien von 2– 10% Bindemittel, 0,2–10% oberflächenaktives Mittel, 6–50% Wasser und 2–50% Nicht-Lösungsmittel vorliegen.
Gemäß eines weiteren Aspektes stellt die Erfindung einen Waben-Körper bereit, der durch Extrusion eines plastizierten Gemisches wie oben definiert bereitgestellt wird, welcher ein Verhältnis der isotaktischen Festigkeit zur A-Achsen-Festigkeit von mindestens ungefähr 0,33 nach Brennen aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine graphische Darstellung, die die Steifheit/Verformungs-Daten darstellt, die für die erfindungsgemäßen und nicht erfindungsgemäßen Beispiele repräsentativ sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden und Formen steifer plastizierter Pulvergemische, die ein oberflächenaktives Mittel, ein Bindemittel, Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und das oberflächenaktive Mittel und einen Bestandteil enthalten, in dem zumindest das Bindemittel, das Wasser und die Pulvermaterialien im wesentlichen unlöslich sind. Der letztere Bestandteil wird als das Nicht-Lösungsmittel bezeichnet, obwohl tatsächlich eine gewisse Löslichkeit des Bindemittels und des Wassers in dem Nicht-Lösungsmittel vorliegen kann, solange die Viskosität des Nicht-Lösungsmittels nicht signifikant verändert wird, und das Gel, das sich als Folge des Kombinierens des Bindemittels und des Wassers bildet, als Folge einer gewissen Lösung im Nicht-Lösungsmittel nicht schwach bzw. labil wird. Es wird bevorzugt, dass das Bindemittel und das Wasser im Nicht-Lösungsmittel vollständig unlöslich ist. Die Kombinationen aus Mischungs-Bestandteilen haben eine verbesserte Nassfestigkeit im ungebrannten Körper zur Folge als sie ansonsten auftreten würde. Darüber hinaus tritt die se Zunahme der Nassfestigkeit ohne proportionale Erhöhung des Formungsdruckes oder des Drehmomentes auf. Weiterhin wird bei der Extrusion der obigen Gemische die Form des Extrudats oder ungebrannten Körpers bzw. Grünkörpers sofort dann aufrecht erhalten, wenn es die Düse verläßt, und zwar ohne Zeitverzögerung.
Historisch gesehen kann ein Gemisch oder ein Ansatz aus einer gegebenen Zusammensetzung durch Entfernung von Flüssigkeit steif gemacht werden. Jedoch hat die Extrusion solcher steifer Ansätze eine proportionale Zunahme der Extrusionsdrücke und des Drehmomentes mit vergrößerten Strömungsmängeln wie beispielsweise aufgequollenen oder deformierten Netzen (in Waben) zur Folge. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Bilden, beispielsweise die Extrusion eines steifen Ansatzes ohne die Eigenschaften, wie beispielsweise Drücke, Drehmoment und Strömungseigenschaften nachteilig zu beeinflussen.
Das Verfahren schließt das Ausbilden eines steifen Ansatzes sofort während des Plastifizierungs-Stadiums des Mischens des Ansatzes ein. Steife Ansätze werden während der Plastifizierung durch Erhöhen des Verhältnisses von Bindemittel zu Wasser im Ansatz ausgebildet. Dies wird durch teilweises Entfernen des Wassers durchgeführt, das dem Ansatz Plastizität verleiht. Der Ansatz wird mit einem Bestandteil ergänzt, in dem zumindest das Bindemittel, das Wasser und die Pulvermaterialien im wesentlichen unlöslich sind, und das als das Nicht-Lösungsmittel bezeichnet wird. Das Nicht-Lösungsmittel verleiht dem Ansatz keine Plastizität. Das Nicht-Lösungsmittel kompensiert das verloren gegangene Wasser. Das Nicht-Lösungsmittel stellt die Fluidität bzw. Fließfähigkeit bereit, die zur Ausformung notwendig ist, während sie die steifen Ansätze aufrecht erhält. Dies im Gegensatz zu Wasser, das sowohl Fluidität bereitstellt, als auch als Medium für das Bindemittel zum darin Lösen dient, was einen weichen Ansatz zur Folge hat.
Die erhöhte Steifheit wird durch Erhöhen der Gelfestigkeit des Bindemittels im Wasser und des Ansatzes bedingt. Der Begriff Gelieren bedeutet hierin eine Verdickung, die auftritt, wenn das Bindemittel und das Wasser vereinigt werden. Die Gelfestigkeit des Bindemittels wird durch Erhöhen des Gewichtsverhältnisses des Bindemittels zum Wasser durch teilweise Entfernen des Wassers aus dem Ansatz erhöht, das historisch gesehen vorliegen würde.
Vor dieser Erfindung hätte man dem Bindemittel und dem Ansatz Lösungsmittel entzogen, das zur vollständigen Plastifizierung des Bindemittels notwendig ist, wenn der Wassergehalt reduziert werden sollte, was notwendig ist, um ein sehr steifes starkes Bindemittel-Gel im Wasser und im Ansatz zu bilden. Diese Zunahme der effektiven Konzentration des Bindemittels im Wasser würde zu einer proportionalen Zunahme der Drücke, Drehmomente und Strömungsdefekte führen, wenn diese Ansätze geformt werden.
In der vorliegenden Erfindung wird die Formfähigkeit der Wasser-entzogenen steifen Ansätze durch Verwendung des Nicht-Lösungsmittels verbessert. Der Nicht-Lösungsmittelbestandteil des Ansatzes stellt die zur Extrusion notwendige Fluidität bereit, während die Steifheit des Bindemittel-Gels im Wasser aufrecht erhalten wird. Während wir nicht an eine Theorie gebunden sein wollen wird angenommen, dass die Formbarkeit durch das Nicht-Lösungsmittel erhöht wird, das an zwei entscheidenden Grenzflächen vorliegt: (1) an der Grenzfläche zwischen dem Ansatz und der Wand der Formungsvorrichtung, beispielsweise bei der Extrusion ist dies die Düsen/Extruder-Wand, der vordere Teil der Vorrichtung (Siebvorrichtung, homogenisierte Strömungs-Kontrollvorrichtung), und (2) an Grenzflächen zwischen den einzelnen Pulverteilchen.
Der Begriff hoch gefüllte Mischungen bedeutet einen hoch festen bis flüssigen Inhalt im Gemisch. Beispielsweise ist der Pulvermaterialgehalt im Gemisch typischerweise zumindest ungefähr 45 Vol.-% und beträgt typischerweise zumindest ungefähr 55 Vol.-%.
Wie vorher erwähnt sind die Bestandteile des hoch gefüllten Gemisches oder Ansatzes (1) Pulver oder Gemische aus Pulvern, (2) Bindemittel um die Teilchen zu binden, (3) Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel, das Plastizität verleiht (das Bindemittel löst sich im Wasser um eine Plastizität bereitzustellen), (4) das Nicht-Lösungsmittel bzgl. zumindest des Bindemittels, des Lösungsmittels und die Pulvermaterialien und (5) oberflächenaktives Mittel, das als Gleitmittel/Dispersionsmittel dient, um die Pulver im plastizierten Gemisch zu dispergieren. Wenn sich das Bindemittel im Wasser löst, ist das sich ergebende Gel viskoelastisch, d. h. das Gel ist durch einen elastischen Bestandteil charakterisiert, der ein Maß der Steifheit ist und durch einen viskosen Bestandteil, der ein Maß der Fluidität des Systems ist. Der elastische Bestandteil weist typischerweise ein feststoffartiges Verhalten auf und der viskose Be standteil weist typischerweise ein fluidartiges Verhalten auf. In der vorliegenden Erfindung hat das teilweise Entfernen von Wasser eine signifikante Verbesserung des elastischen Bestandteils des Bindemittel-Lösungsmittel-Gels im Vergleich zu historischen Ansätzen zur Folge.
Das Pulvermaterial
Typische Pulver sind anorganische Materialien wie beispielsweise Keramik, Glaskeramik, Glas, Molekularsieb, Metall oder Kombinationen von diesen.
Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung mit Keramik, insbesondere Cordierit und/oder Mullit-ausbildenden Ausgangsmaterial-Pulvern geeignet.
Der Begriff Keramik, Glaskeramik und Glaskeramikpulver bedeutet solche Materialien ebenso wie ihre vor-gebrannten Vorläufer. Der Begriff Kombinationen bedeutet physikalische oder chemische Kombinationen, beispielsweise Gemische oder Verbundstoffe. Beispiele für diese Pulvermaterialien sind Cordierit, Mullit, Tonerde, Talkum, Zirkon, Zirkoniumoxid, Spinell, Aluminiumoxide sowie deren Vorläufer, Siliziumdioxide und deren Vorläufer, Silikate, Aluminate, Lithiumaluminiumsilikate, Feldspat, Titandioxid, Quarzglas, Nitride, Carbide, Boride, beispielsweise Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Natronkalk, Aluminosilikat, Borsilikat, Natriumbariumborsilikat oder Gemische hiervon, ebenso wie andere.
Besonders geeignet sind Keramikmaterialien wie beispielsweise solche, die Cordierit, Mullit oder Gemische von diesen nach dem Brennen ergeben, wobei einige Beispiele für solche Gemische ungefähr 2–60% Mullit, ungefähr 30–97% Cordierit sind, wobei andere Phasen ebenfalls erlaubt sind, die typischerweise bis ungefähr 10 Gew.-% betragen. Einige Keramikansatz-Materialzusammensetzungen zum Ausbilden von Cordierit, die speziell für die Ausübung der vorliegenden Erfindung geeignet sind sind solche, die im US-Patent Nr. 3 885 977 offenbart sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Zusammensetzung, die letztendlich nach Brennen Cordierit bildet, in Gew.-% wie folgt, obwohl verständlich sein sollte, dass die Er findung nicht auf eine solche beschränkt ist: ungefähr 33 bis ungefähr 41, und am meisten bevorzugt ungefähr 34–40 Aluminiumoxid, ungefähr 46–53 und am meisten bevorzugt ungefähr 48–52 Siliziumdioxid und ungefähr 11–17 und am meisten bevorzugt ungefähr 12–16 Magnesiumoxid.
Das Pulver kann aus synthetisch erzeugten Materialien wie beispielsweise Oxiden, Hydroxiden etc. bestehen oder sie können natürlich vorkommende Materialien sein, wie beispielsweise Tonerden, Talkum oder irgendeine Kombination von diesen. Die Erfindung ist nicht auf die Typen von Pulvern oder Ausgangsmaterialien beschränkt. Diese können abhängig von den im Körper erwünschten Eigenschaften ausgewählt werden.
Einige typische Arten von Pulvermaterialien sind nachstehend angegeben. Die Teilchengröße ist als medianer Teilchendurchmesser durch Sedigraph-Analyse angegeben und die Oberfläche ist als N₂ BET-Oberfläche angegeben.
Einige Typen von Tonerden sind nicht-delaminierte Kaolinit Rohtonerde, wie beispielsweise Hydri MP^TM Tonerde oder Hydrid PX^TM Tonerde, delaminiertes Kaolinit, wie beispielsweise KAOPAQUE-10^TM (K10) Tonerde und kalzinierte Tonerde, wie beispielsweise Glomax LL. Alle der oben genannten Materialien werden von Dry Branch Kaolin, Dry Branch, Georgia, vertrieben.
Einige typische Arten von Talkum sind solche mit einer Oberfläche von ungefähr 5–8 m²/g wie beispielsweise solche, die von Barrets Minerals unter der Bezeichnung MB 96–97 vertrieben werden.
Einige typische Aluminiumoxide sind grobe Aluminiumoxide, beispielsweise der Alcan C-700 Reihe, wie beispielsweise C-701^TM oder feine Aluminiumoxide wie beispielsweise A-16SG von Alcoa.
Eine typische An von Siliziumdioxid ist die mit einer Teilchengröße von ungefähr 9–11 μm und einer Oberfläche von ungefähr 4–6 m²/g, wie beispielsweise IMSIL^TM vertrieben von der Unimin Corporation.
In Filteranwendungen wie beispielsweise bei Dieselteilchenfiltern ist es üblich, ein Ausbrennmittel im Gemisch in einer Menge einzuschließen, die wirksam ist, um anschließend die für ein effizientes Filtern erforderliche Porosität zu erzielen. Ein Ausbrennmittel ist irgendeine teilchenförmige Substanz (kein Bindemittel), die aus dem ungebrannten Körper im Brenn-Schritt ausbrennt. Einige Arten von Ausbrennmitteln die verwendet werden können, obwohl klar sein sollte, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sind nicht-wachsartige organische Substanzen, die bei Raumtemperatur fest sind, elementarer Kohlenstoff und Kombinationen von diesen. Einige Beispiele sind Graphit, Zellulose, Mehl etc. Elementarer teilchenförmiger Kohlenstoff wird bevorzugt. Graphit wird besonders bevorzugt, weil er die geringsten abträglichen Wirkungen auf die Verarbeitung bzw. Prozessierung aufweist. Bei einem Extrusionsverfahren ist beispielsweise die Rheologie des Gemisches gut, wenn Graphit verwendet wird. Typischerweise ist die Menge an Graphit ungefähr 10 bis ungefähr 30% und besonders typisch ungefähr 15 bis ungefähr 30 Gew.-% auf Grundlage des Pulvermaterials.
Molekularsiebe können ebenfalls zu Körpern gemäß dieser Erfindung ausgeformt werden. Molekularsiebe sind kristalline Substanzen mit Poren einer Größe, die zum Absorbieren von Molekülen geeignet sind. Das Molekularsieb kann in kristallisierter Form oder in Ammoniumform oder in Wasserstoff-Form vorliegen oder kann mit einem Kation Ionen-ausgetauscht sein oder mit diesem imprägniert sein. Die Molekularsiebe können in einer Ionenausgetauschten Form oder mit Kationen imprägniert bereitgestellt werden, entweder vor dem Ausbilden zu einem Körper oder nachdem der Produktkörper gebildet wurde. Die Ionenaustausch- und Imprägnierungsverfahren sind wohl bekannte Verfahren. Solche Behandlungen liegen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
Einige Typen von Molekularsieben, die für die Ausübung der vorliegenden Erfindung bevorzugt werden sind Molekularsiebe aus Kohlenstoff, Zeolithen, Metallophosphaten, Silikoaluminophosphaten und Kombinationen von diesen. Kohlenstoff-Molekularsiebe weisen wohl definierte Mikroporen auf, die aus Kohlenstoff-Material hergestellt sind.
Die Molekularsiebe, die im allgemeinen für die Erfindung geeignet sind, sind Zeolithe. Einige geeignete Zeolithe sind Pentasil, wie beispielsweise ZSM-5, Y, wie beispielsweise ultrastabiles Y, Beta, Mordenit, X, wie beispielsweise 13X oder Gemische hiervon.
Jedes sinterbare Metall oder Metallzusammensetzung kann in der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Besonders geeignet sind Eisengruppen-Metalle, Chrom und Aluminium-Zusammensetzungen, wobei das bevorzugte Metall der Eisengruppe Eisen ist. Insbesondere bevorzugt ist Fe, Al und Cr. Beispielsweise sind Fe5-20A15-40Cr und Fe7-10A110-20Cr-Pulver mit anderen möglichen Zusätzen besonders geeignet. Einige typische Zusammensetzungen von Metallpulvern sind in den US-Patenten Nr. 4 992 233, 4 758 272 und 5 427 601 offenbart, die hierin durch Bezugnahme wie eingereicht mit aufgenommen sind. US-Patent Nr. 4 992 233 betrifft Verfahren zur Herstellung poröser Sinterkörper, die aus Metallpulver-Zusammensetzungen aus Fe und Al mit optionalen Zusätzen von Sn, Cu und Cr hergestellt sind. US-Patent Nr. 5 427 601 betrifft poröse Sinterkörper mit einer Zusammensetzung, die im wesentlichen aus Gew.-% ungefähr 5–40 Chrom, ungefähr 2–30 Aluminium, 0-ungefähr 5 Spezialmetall, 0 bis ungefähr 4 Seltenerdmetalloxid-Additiv zusammengesetzt ist, wobei der Rest ein Metall der Eisengruppe und nicht vermeidbare Verunreinigungen wie beispielsweise Mn oder Mo ist, wobei das bevorzugte Metall der Eisengruppe Eisen ist. Wenn Seltenerdmetalloxid vorliegt, ist das Spezialmetall zumindest eines von Y, Lanthaniden, Zr, Hf, Ti, Si, Erdalkalimetall, B, Cu und Sn. Wenn kein Seltenerdmetalloxid vorliegt ist das Spezialmetall zumindest eines von Y, Lanthaniden, Zr, Hf, Ti, Si und B, mit optionalen Zusätzen von Erdalkalimetallen, Cu und Sn.
Im allgemeinen ist das Pulvermaterial feines Pulver (im Gegensatz zu grobkörnigen Materialien) von dem einige Bestandteile entweder eine Plastizität verleihen können, wie beispielsweise Tonerden, wenn sie beispielsweise mit Wasser vermischt werden, oder die, wenn sie mit dem organischen Bindemittel kombiniert werden, zur Plastizität beitragen können.
Die Gewichtsprozente des Bindemittels, Wassers und Nicht-Lösungsmittels werden als Superadditionen bzgl. der nicht-organischen Feststoffe durch die folgende Formel berechnet:
Das Bindemittel
Die Funktion des Bindemittels besteht darin, die anorganischen Pulver zu binden und dem Ansatz Plastizität zu verleihen, wenn er mit Wasser vermischt wird. Die bevorzugten Bindemittel, die in dieser Erfindung verwendet werden, sind auf Wasserbasis, d. h. dazu in der Lage, Wasserstoffbrückenbindungen mit polaren Lösungsmitteln einzugehen. Beispiele für Bindemittel sind Zellulosen, Stärken, Poly(vinylalkohol), Poly(vinylpyrrolidon), Gummis wie beispielsweise Guar-Gummi, Xanthan-Gummi, Carageenan, etc., Alginate, Polyethylenoxid, Polyamid, und/oder Polyacrylate. Eine Kombination aus Bindemittel und Vernetzungsmittel kann ebenfalls als Bindemittel-Bestandteil verwendet werden (beispielsweise Polyvinylalkohol) mit Borax, Polyacrylaten mit Poly(vinylalkohol). Hydrophob modifizierte wäßrige Bindemittel können ebenfalls verwendet werden.
In der Ausübung dieser Erfindung besonders nützlich sind Zelluloseether-Bindemittel für wäßrige Systeme.
Einige typische Zelluloseether-Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung sind Methylzellulose, Ethylhydroxyethylzellulose, Hydroxybutylmethylzellulose, Hydroxymethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxyethylmethylzellulose, Hydroxybutylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropylzellulose, Natriumcarboxymethylzellulose und Gemische hiervon. Methylzellulose und/oder Methylzellulosederivate sind als organische Bindemittel in der Praxis der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, wobei Methylzellulose, Hydroxypropylzellulose oder Kombinationen von diesen bevorzugt werden. Bevorzugte Quellen von Zelluloseethern sind Methocel A4M, F4M, F240 und K75M Zelluloseprodukte von Dow Chemical Corporation. Methocel A4M Zellulose ist eine Methylzellulose. Methocel F4M, F240 und K75M Zelluloseprodukte sind Hydroxypropylmethylzellulose.
Die Eigenschaften bevorzugter Zelluloseether-Bindemittel wie beispielsweise Methylzellulose sind Wasserrückhaltevermögen, Wasserlöslichkeit, Oberflächenaktivität oder Benetzungsvermögen, Verdickung des Gemisches, Bereitstellung einer Naß- und Trockenfestigkeit für die ungebrannten Körper, Wärmegulierung und hydrophobe Bindung in einer wäßrigen Umgebung. Zelluloseether-Bindemittel, die die hydrophobe Bindung mit dem Nicht-Lösungsmittel und einer Wasserstoffbrückenbindungs-Wechselwirkung mit dem Lösungsmittel fördern sind erwünscht. Beispiele für Substituenten-Gruppen, die eine hydrophobe Bindung mit dem Nicht-Lösungsmittel bereitstellen sind Methoxy-, Propoxy- und Butoxy-Gruppen. Diese Substituenten, die die hydrophobe Bindung bereitstellen tragen ebenfalls zur Gelfestigkeit des Bindemittels bei. Die Substituentengruppen, die die Wasserstoffbrückenbindungs-Wechselwirkung mit polaren Lösungsmitteln, beispielsweise Wasser, maximieren, sind Hydroxypropyl- und Hydroxyethyl-Gruppen und in einem kleineren Umfang Hydroxybutyl-Gruppen. Diese Kombination aus Eigenschaften ermöglicht es den Bindemitteln, an der Grenzfläche zwischen dem Lösungsmittel und dem Nicht-Lösungsmittel vorzuliegen.
Zelluloseether, die eine besonders gute hydrophobe-hydrophile Balance bzw. Gleichgewicht bereitstellen, sind Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxyethylmethylzellulose, eine Kombination aus Hydroxyethyl- oder Hydroxypropyl- mit Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylzellulose.
Die Verteilung (zufallsverteilt gegen Blockbildung) der Substituenten-Gruppen entlang der Polymerkette spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gelfestigkeit des Bindemittels. Eine blockweise Substitution trägt bzgl. einer zufallsbedingten Substitution zu einer höheren Gelfestigkeit bei.
Die Gelfestigkeit nimmt ebenfalls mit einer Zunahme der Konzentration des Bindemittels des Lösungsmittels zu. Die Zunahme der Konzentration des Bindemittels im Lösungsmittel senkt die Wärmegulierungs-Temperatur.
Das organische Bindemittel macht bis zu 2–10 Gew.-% und besonders typisch 2–4 Gew.-% der Pulvermaterialien aus.
Wasser
Das Wasser als Lösungsmittel stellt ein Medium für das Bindemittel bereit, um sich aufzulösen und somit für den Ansatz eine Plastizität bereitzustellen und die Pulver zu benetzen. Das Wasser stellt eine Hydratisierung des Bindemittels und der Pulver-Teilchen bereit.
Das Nicht-Lösungsmittel
Das Nicht-Lösungsmittel ist ein Lösungsmittel für zumindest das Bindemittel, das Wasser und die Pulvermaterialien. Das Nicht-Lösungsmittel hat eine geringere Viskosität als die Bindemittel-Wasser-Kombination. Eine Teillöslichkeit von Zelluloseether-Bindemitteln im Nicht-Lösungsmittel hätte eine Zunahme der Viskosität des Nicht-Lösungsmittels und einen Verlust der Gleiteigenschaften zur Folge, die dazu notwendig sind, einen steifen Ansatz auszubilden. Dies würde eine Zunahme der Formungsdrücke und Drehmomente zur Folge haben. Die Funktion des Nicht-Lösungsmittels besteht darin, die zum Ausformen notwendige Fluidität bzw. Fließfähigkeit bereitzustellen, während die Festigkeit des Bindemittels im Wasser aufrechterhalten wird. Das Nicht-Lösungsmittel kann gelöste oberflächenaktive Mittel, sekundäre Bindemittel, Gleitmittel und Additive enthalten, die die rheologischen Eigenschaften verbessern. Die Menge an gelösten Substanzen sollte so beschaffen sein, dass die Rheologie des Gemisches nicht negativ beeinflußt wird.
Das Nicht-Lösungsmittel ist gegenüber dem Bindemittel in Wasser hydrophob. Eine bevorzugte Kombination ist Zelluloseether in Wasser. Bei dieser Kombination bindet sich das Nicht-Lösungsmittel hydrophobisch durch den Methoxy-Substituenten am Bindemittel. Diese Kombination ist für Cordierit und/oder Mullit-bildende Ausgangsmaterial-Pulver besonders vorteilhaft.
Nicht-Lösungsmittel können sowohl aus synthetischen als auch natürlichen Substanzen ausgewählt sein.
Beispiele für solche Nicht-Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, Silikone, Fluor-Verbindungen, Phosphatester, Ester, flüssiges CO₂, superkritische Flüssigkeiten, beispiels weise superkritisches CO₂, und heißes Wasser bei einer Temperatur über der Wärme-Gelierungstemperatur für einen gegebenen Zelluloseether, und Kombinationen hiervon. Wenn heißes Wasser als Nicht-Lösungsmittel verwendet wird, liegt es in Kombination mit zumindest einem weiteren Nicht-Lösungsmittelbestandteil vor.
Beispiele für nützliche Kohlenwasserstoffe sind Alkane, Alkene, Alkine, Cycloaliphate, synthetische Gleitmittel-Grundbestandteile (industriell, Automobil, Landwirtschaft), Polyolefine und Aromaten. Beispiele für diese Typen an Materialien sind paraffinische Öle, beispielsweise Mineralöl, hydrierte Polybutene, alpha-Olefine, interne bzw. innere Olefine, Polyphenylether, Polybutene und Polyisobutylen.
Beispiele für Ester sind synthetische Mono- und Diester und natürliche Fettsäureester (Glyceride). Beispiele für Mono- und Diester sind Adipat, Phthalate, Polyolester wie beispielsweise Trimethylolpropan und Pentaerythritol. Beispiele für Fettsäureester sind natürliche Pflanzen- und Tierglyceride wie beispielsweise Sojaöl, Sonnenblumen-, Palm-, Mais-, Kokosnuß-, Baumwollsamen-, Rhizinusöl, Erdnußöl, essentielle Öle bzw. ätherische Öle (Rose, Jasmin, Orange, Limone etc.), Sojafettsäure, Talk, Schinkenfett, Schmalz bzw. Schweineschmalz und Fischöl. Nicht-Lösungsmittel können ebenfalls Feststoffe sein, solange sie bei oder über dem Schmelzpunkt des Feststoffes verarbeitet werden. Beispielsweise können Fettsäuren und Fettalkohole einer Kohlenstoff-Kettenlänge von mehr als 22 alleine oder in Kombination mit anderen Nicht-Lösungsmittelbestandteilen verwendet werden.
Einige besonders nützliche Nicht-Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, Fettsäuren mit mehr als 22 Kohlenstoffatomen in ihren Ketten, Fettalkohole mit mehr als 22 Kohlenstoffatomen in ihren Ketten, natürliche Ester mit 14 oder mehr Kohlenstoffatomen in ihren Ketten, synthetische Ester und Kombinationen von diesen.
Vorteilhaftere Nicht-Lösungsmittel sind Mineralöl, Fettsäure-Glyceride, Monoester, Diester, und Kombinationen hiervon.
Am meisten bevorzugt sind leichte Mineralöle, Maisöl, Hochmolekulargewichts-Polybutene, Polyester, ein Gemisch aus leichtem Mineralöl und Wachsemulsion, ein Gemisch aus Paraffinwachs in Maisöl und Kombinationen hiervon.
Das Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel kann ebenfalls als teilweise Nicht-Lösungsmittel und teilweise Lösungsmittel für das Bindemittel durch Verwendung von Additiven im Ansatz dienen. Beispielsweise dehydratisieren Additive, die eine größere Affinität für Wasser als für Zelluloseether-Bindemittel aufweisen, den Zelluloseether. Die Additive können dazu verwendet werden, den Lösungsmittel-Nicht-Lösungsmittel-Charakter des Wassers zu verschieben. Der Umfang bzw. das Ausmaß der Dehydratation hängt von der Additiv-Konzentration ab. Das Lösungsmittel-Nicht-Lösungsmittel-Gleichgewicht von Wasser kann mit dem Typ und der Konzentration von Additiven wie beispielsweise Glycerin, Maissirup, Ahornsirup, Saccharose, Sorbitol und Elektrolyten wie beispielsweise den Salzen von Alkali- und Erdalkalimetallen eingestellt werden.
Das oberflächenaktive Mittel
Das oberflächenaktive Mittel spielt bei der Bestimmung der Grenzflächeneigenschaften zwischen den anorganischen Pulvern, zwischen den anorganischen und organischen Stoffen und zwischen den Bestandteilen des organischen Systems eine bedeutende Rolle. Das oberflächenaktive Mittel weist den größten Einfluß bei der Bestimmung der Gelfestigkeit des Bindemittels, bei der Adhäsion des Bindemittel-Gels an die anorganischen Mittel und der Adhäsion des Nicht-Lösungsmittels an das Bindemittel auf. Es fördert die Emulsifikation zwischen dem Wasser und dem Nicht-Lösungsmittel. Die bevorzugten oberflächenaktiven Mittel coexistieren mit dem Bindemittel an der Grenzfläche zwischen Wasser und Nicht-Lösungsmittel. In dem gebildeten Gemisch ist das oberflächenaktive Mittel zumindest teilweise sowohl im Wasser als auch im Nicht-Lösungsmittel mischbar. Es dispergiert/benetzt die anorganischen Pulver.
Typischerweise ist das oberflächenaktive Mittel geeignet, wenn es, selbst ohne andere Substanzen, in Wasser bei Raumtemperatur unlöslich ist.
Einige oberflächenaktive Mittel, die in der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind C₈ bis C₂₂ Fettsäuren und/oder deren Derivate. Zusätzliche oberflächenaktive Bestandteile, die mit diesen Fettsäuren verwendet werden können, sind C₈ bis C₂₂ Fettsäureester, C₈ bis C₂₂ Fettalkohole und Kombinationen von diesen. Bevorzugte oberflächenaktive Stoffe sind Stearin, Laurin-, Olein-, Linolin-, Palmitoleinsäuren und deren Derivate, Stearinsäuren in Kombination mit Ammoniumlaurylsulfat und Kombinationen von all diesen. Die am meisten bevorzugten oberflächenaktiven Mittel sind Laurinsäure, Stearinsäure, Oleinsäure bzw. Ölsäure und Kombinationen hiervon. Ein besonders bevorzugtes Nicht-Lösungsmittel zur Verwendung in dieser letzteren Gruppe von oberflächenaktiven Mitteln ist leichtes Mineralöl.
Die Hauptwechselwirkungen, die zur Steifheit beitragen, sind die Wechselwirkungen des Bindemittels mit (1) Wasser, (2) oberflächenaktivem Mittel (3), oberflächenaktivem Mittel-Wasser (4), anorganischen Mitteln – Wasser und (5) anorganischen Mitteln – oberflächenaktivem Mittel-Wasser.
Bindemittel-Wasser
Die Steifheit aus der Bindemittel-Wasser-Interaktion ist zu beobachten, wenn die Konzentration des Bindemittels im Wasser zunimmt. Die Bindemittel-Konzentration kann durch teilweises Entfernen des Wassers oder durch weitere Erhöhung der Bindemittelmenge erhöht werden. In dieser Erfindung wird die Zunahme der Bindemittel-Konzentration typischerweise durch teilweises Entfernen von Wasser erreicht. Wenn das Wasser teilweise entfernt wird, wird dem Bindemittel das Wasser entzogen, das für eine vollständige Plastifizierung notwendig ist. Dies hat ein sehr starkes Bindemittel-Gel zur Folge, das sehr steif ist und nicht übermäßig plastisch ist. Eine Bindung der anorganischen Teilchen mit dem starken Bindemittel-Gel hat einen sehr steifen Ansatz zur Folge.
Bindemittel-oberflächenaktives-Mittel und Bindemittel-oberflächenaktives Mittel-Wasser
Der Typ und die Menge an oberflächenaktivem Mittel ist bei der Bestimmung der Menge an Wasser, die zum Plastifizieren des Bindemittels erforderlich ist, von Bedeutung. Wenn das oberflächenaktive Mittel das Bindemittel im Wasser zu löslich macht, hat dies ein schwaches Gel zur Folge. Ein schwaches Gel kann ebenfalls gebildet werden, wenn das oberflächenaktive Mittel das Bindemittel (chemisch, mechanisch oder thermisch) an einer Solubilisierung in Wasser behindert. Dies führt zu einem unplastifizierten Ansatz.
Bindemittel-anorganische Mittel-Wasser und Bindemittel-anorganische Mitteloberflächenaktive Mittel-Wasser
Der Typ und die Konzentration an anorganischen Mitteln bzw. Stoffen hat ebenfalls einen Einfluß auf den Gesamtflüssigkeitsbedarf, der wiederum die Menge an Wasser beeinflußt, die für das Bindemittel verfügbar ist. Ebenfalls spielt die Art des oberflächenaktiven Stoffes eine signifikante Rolle beim Dispergieren der Teilchen und beeinflußt den Gesamtwasserbedarf für den Ansatz.
Nützliche Mischungszusammensetzungen sind in Gew.-% auf Basis der Pulvermaterialien 2% bis 50% Nicht-Lösungsmittel, 0,2% bis 10% oberflächenaktives Mittel, 2% bis 10% Zelluloseether-Bindemittel und 6% bis 50% Wasser. Vorteilhaftere Mischungszusammensetzungen sind in Gew.-% auf Grundlage der Pulvermaterialien ungefähr 5% bis 10% Nicht-Lösungsmittel, ungefähr 0,2% bis 2% oberflächenaktives Mittel, ungefähr 2,5% bis 5% Zelluloseether-Bindemittel und ungefähr 8% bis 25% Wasser. Es sollte klar sein, dass für Pulvermaterialien mit einer sehr hohen Oberfläche, beispielsweise > 20 m²g, mehr Wasser erforderlich ist. Jedoch ist gemäß dieser Erfindung die Menge an Wasser, die benötigt wird, weniger als die Menge, die ansonsten benötigt werden würde.
Ansatz-ausbildende Mechanik
Für die besten Ergebnisse ist die Folge des Zusatzes der verschiedenen Ansatz-Bestandteile wichtig. Es wird bevorzugt, dass die Ansatz-Bildung in zwei Stufen vor dem Ausformungs-Schritt stattfindet.
In der ersten Stufe oder in der Benetzungsstufe der Ansatz-Ausbildung werden die Pulverbestandteile, das oberflächenaktive Mittel und das Bindemittel trocken vermischt, gefolgt vom Zusatz von Wasser beispielsweise in einem Littleford-Mischer. Das Wasser wird in einer Menge zugesetzt, die weniger als diejenige beträgt, die dazu erforderlich ist, den Ansatz zu plastifizeren. Das Wasser hydratisiert das Bindemittel und die Pulver-Teilchen. Das Nicht-Lösungsmittel wird dann dem Gemisch zugesetzt, um das Bindemittel und die Pulver-Teilchen anzufeuchten. Das Nicht-Lösungsmittel weist typischerweise eine geringere Oberflächenspannung als Wasser auf. Als Folge benetzt es die Teilchen einfacher als Wasser. In diesem Stadium bzw. dieser Stufe werden die Pulver-Teilchen von dem oberflächenaktiven Mittel, Wasser und dem Nicht-Lösungsmittel umhüllt und dispergiert.
Es wird bevorzugt, dass eine Plastifizierung in der zweiten Stufe stattfindet. In diesem Stadium wird das Naßgemisch aus der ersten Stufe in einem geeigneten Mixer bzw. Mischer einer Scherung unterworfen, indem der Ansatz plastifiziert werden wird, wie beispielsweise in einem Doppelschraubenextruder/Mischer, einem Auger-Mischer bzw. Schnecken-Mischer, Koller-Mischer oder Doppelarm-Mischer etc. Während der Plastifizierung löst sich das Bindemittel im Wasser und es wird ein Gel gebildet. Das gebildete Gel wird steif, weil das System einen großen Wassermangel aufweist. Das oberflächenaktive Mittel ermöglicht es dem Bindemittel-Gel an den Pulver-Teilchen anzuhaften. Das Nicht-Lösungsmittel wandert teilweise zum Äußeren der Teilchenagglomerate (Zwischen-Teilchenbereich) und an die Grenzfläche zwischen dem Ansatz und den Wänden des Gefäßes, die es enthalten, beispielsweise dem Mischer oder dem Extruder oder der Düsenwand. Dies hat einen Ansatz zur Folge, der in seinem Inneren steif ist und auf seiner Oberfläche gleitfähig ist.
Somit ist der Ansatz ein System aus Teilchen, die durch das Wasser/oberflächenaktive Mittel/Nicht-Lösungsmittel gebunden/verklebt mit dem Bindemittelgel, das weiter mit einem Film des Nicht-Lösungsmittels und oberflächenaktiven Mittels beschichtet ist, getrennt ist. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen wird angenommen, dass der bedeutendste Teil des Systems darin besteht, dass das Bindemittel/oberflächenaktive Mittel an der Grenzfläche zwischen Wasser und dem Nicht-Lösungsmittel Gleit-Fluidum coexistiert. Das Bindemittel und das oberflächenaktive Mittel ist an der Grenzfläche mit dem Wasser Wasserstoffgebunden und verbindet sich hydrophob mit dem Nicht-Lösungsmittel. Wenn das oberflächenaktive Mittel das Bindemittel aus der Grenzfläche verdrängt, hat dies einen weichen Ansatz oder einen unplastifizierten Ansatz zur Folge.
Die sich ergebende Steife Charge bzw. Ansatz wird dann durch irgendein bekanntes Verfahren zum Ausformen plastifizierter Gemische zu einem ungebrannten Körper geformt, wie beispielsweise durch Extrusion, Spritzgießen, Gleitgießen, Zentrifugalgießen, Druckgießen, Trockenverpressen etc. Die Erfindung ist am besten für eine Extrusion durch eine Düse geeignet.
Der Extrusionsvorgang kann unter Verwendung einer Hydraulikkolbenextrusionspresse oder eines zweistufigen entlüftenden Einzelschnecken-Extruders oder eines Doppelschneckenmischers mit einer Düsen-Anordnung, die an das Auslass-Ende angebracht ist, durchgeführt werden. Beim letzteren werden die geeigneten Schneckenelemente gemäß dem Material und anderen Prozessbedingungen ausgewählt, um einen geeigneten Druck aufzubauen, um das Chargenmaterial durch die Düse zu zwängen. Die Extrusion kann vertikal oder horizontal erfolgen.
Der Gesamt-Extrusionsdruck durch die Düse ist aus dem Druck beim Eintritt in die Düse und dem Druckabfall durch die Düse zusammengesetzt. Der höhere Eingangsdruck aufgrund des steifen Ansatzes wird durch einen viel größeren Druckabfall durch die Düse wettgemacht. Als Folge ist der Gesamt-Extrusionsdruck durch die Düse nicht größer als er bei historischen Ansätzen sein würde.
Wenn der steife Ansatz durch den Extruder und die Düse hindurchgeleitet wird, stellt der Film aus einer Gleitfähigkeit verleihenden Flüssigkeit bzw. Fluidum im Inter-Teilchenbereich und an der Grenzfläche zwischen dem Ansatz und der Extruder/Düsenwand die notwendige Gleitfähigkeit bereit, um einen geringeren Gesamt-Extrusionsdruck für einen steifen Ansatz aufrecht zu erhalten. Wenn der Mischprozeß im zweiten oder Plastifizierungsstadium nicht hoch scherend ist, wird die Plastifizierung während der Extrusion durch die Düse wegen der hohen Scherung durch die Düse auftreten, beispielsweise beim Ausbilden einer Wabe durch die Schlitze und Bohrungen bzw. Löcher.
Die durch das Nicht-Lösungsmittel bereitgestellte Gleitfähigkeit bzw. Schmierung ermöglicht es dem steifen Ansatz, an der Wand der Düse/des Extruders entlang zu gleiten. Wenn der stei fe Ansatz extrudiert wird, wird das Nicht-Lösungsmittel an Punkten einer hohen Scherung durch die Düse teilweise aus dem Ansatz an die Grenzfläche zwischen dem Ansatz und der Wand der Düse/des Extruders herausgedrückt. Die Antriebskraft für die bevorzugte Wanderung des Nicht-Lösungsmittels gegen Wasser an die Grenzfläche ist (1) auf die Viskosität des Nicht-Lösungsmittels, die signifikant geringer als die Viskosität des Bindemittel-Wasser-Gels oder Gemischs hiervon ist, (2) darauf, dass das Nicht-Lösungsmittel mit Wasser inkompatibel ist, d. h. bzgl. diesem hydrophob ist, und (3) darauf, dass das Wasser durch das Bindemittel und anorganische Mittel durch Hydratation festgehalten wird, im Gegensatz zum Nicht-Lösungsmittel, das frei migrieren kann, zurückzuführen.
Ein unerwarteter Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass das Ausformen, beispielsweise die Extrusion bei signifikant niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, d. h. zumindest 25% niedriger als dies vorher möglich war. Unter anderen Vorteilen einer Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen die niedrigeren Temperaturen im Falle der vorliegenden Erfindung eine Extrusion bei höheren Zufuhrgeschwindigkeiten (zumindest zweimal und im allgemeinen ungefähr 2–2,5 Mal höher) als bei historischen Ansätzen. Die Temperaturreduktion die beobachtet wird ist auf geringere Drehmomente beim Vermischen zurückzuführen. Die geringeren Drehmomente beim Vermischen sind auf geringere Inter-Teilchen-Friktion bzw. -Reibung und geringere Friktion des Ansatzes mit der Extruder/Düsenwand zurückzuführen. Geringere Temperaturen ermöglichen eine Verarbeitung von Zelluloseether-Bindemitteln deutlich unter der Wärmegelierungs-Temperatur (zumindest 25% niedriger). Ein unerwarteter Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren bereitstellt, bei dem Zelluloseether-Bindemittel (in Wasser als Lösungsmittel) mit einer höheren Gelfestigkeit bei höherem Durchsatz verarbeitet werden kann. Dies steht in direktem Gegensatz zu den historischen Ansätzen, bei denen eine höhere Durchsatz-Fähigkeit durch die Verwendung von Zelluloseethern mit geringer Gelfestigkeit erreicht wurde, was sich während des dielektrischen Trocknens in trocknende Blasen umsetzt. Zusätzlich ist die Erhitzungsgeschwindigkeit des Ansatzes unter einer Zunahme des Durchsatzes signifikant geringer als bei historischen Ansätzen.
Die Extrudierbarkeitsvorteile dieser Erfindung sind (1) eine Zellorthogonalität am Umfang des geformten Körpers und (2) eine glatte Haut.
Die steifen Ansätze dieser Erfindung zeigen eine gute Formbeibehaltung an der Düse. Im Falle multizellulärer Strukturen wird die Zellorthogonalität am Umfang des Teils, der der Haut näher ist, in großem Maße verbessert.
Eine Komponente der Extrudierbarkeit, die durch steife Ansätze beeinflußt wird, ist die Hautschädigung. Sehr steife Ansätze neigen bei niedrigen Extrusionsgeschwindigkeiten (< 1,52 cm/sek oder < 0,6''/sek) dazu auseinander zu laufen und abzusplittern, wenn der Ansatz die Düse verläßt. Eine Hautschädigung kann durch Erhöhung der Scher-Rate sowohl für die Doppelschnecke als auch die RAM-Extrusion überwunden werden. Die Scher-Rate kann in der Doppelschnecke durch Erhöhen der Extrusionsgeschwindigkeit erhöht werden (Zufuhrgeschwindigkeit bzw. -Rate und/oder Schnecken UpM). In der RAM kann die Extrusionsgeschwindigkeit durch Erhöhen der Kolbengeschwindigkeit erhöht werden.
Die höhere Scher-Rate/Extrusionsgeschwindigkeit ist die Antriebskraft für das Nicht-Lösungsmittel, um teilweise zur Ansatz-Wandgrenzfläche zu wandern, wodurch eine glatte Haut bereitgestellt wird. Sehr steife Ansätze aus dieser Erfindung zeigen bei höheren Extrusionsgeschwindigkeiten eine überlegenere glatte Haut-Strömung, d. h. > 1,52 cm/sek (> 0,6''/sek).
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die RAM- und Zweischneckenextrusion für Waben bei Geschwindigkeiten von typischerweise ungefähr 2,54–12,7 cm/sek (1–5''/sek) von Vorteil.
Die Körper dieser Erfindung können irgendeine herkömmliche Größe und Form aufweisen und die Erfindung ist auf alle Prozesse anwendbar, in denen plastische Pulver-Gemische geformt werden. Das Verfahren ist insbesondere zur Produktion zellulärer monolithischer Körper wie beispielsweise Waben geeignet. Zelluläre Körper finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, wie beispielsweise katalytische, Adsorptions-, elektrisch geheizte Katalysatoren, Filter wie beispielsweise Dieselteilchenfilter, Metallschmelzfilter, Regeneratorkerne etc.
Im allgemeinen bewegt sich die Wabendichte von ungefähr 235 Zellen/cm² (1.500 Zellen/in²) bis zu ungefähr 15 Zellen/cm² (100 Zellen/in²). Beispiele für Waben, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung produziert wurden, obwohl verständlich sein sollte, dass die Erfindung nicht auf solche beschränkt ist, sind solche mit ungefähr 94 Zellen/cm² (ungefähr 600 Zellen/in²) oder ungefähr 62 Zellen/cm² (ungefähr 400 Zellen/in²) die jeweils Wanddicken von ungefähr 0,1 mm (4 mil) aufweisen. Typische Wanddicken bewegen sich von ungefähr 0,07 bis ungefähr 0,6 mm (ungefähr 3 bis ungefähr 25 mil), obwohl Dicken von ungefähr 0,02 bis 0,048 mm (1 bis 2 mil) mit einer besseren Ausrüstung möglich sind. Das Verfahren ist insbesondere zum Extrudieren von Waben mit dünner Wandhohen Zelldichten geeignet.
Die dem Material eigene Steifheit oder Nass-Festigkeit dieser Erfindung ist typischerweise ungefähr 2–2,5 Mal größer als die bei historischen Gemischen.
Die Versteifung bzw. Steifheit ist für Waben mit einer großen Frontfläche von Bedeutung. Beispielsweise sind Waben von typischerweise ungefähr 12,7–22,9 cm (5–9'') Durchmesser und einer niedrigeren Zelldichte und sehr dünnen Wänden, beispielsweise 0,07–0,12 mm (3–5 mil) gegenüber einer Verformung verwundbarer, wenn sie die Extrusionsdüse verlassen. Gemäß dieser Erfindung existiert am Umfang keine Zellverformung und es existiert eine signifikante Verbesserung der Form. Deswegen sind die raschen Versteifungswirkungen der vorliegenden Erfindung für solche Strukturtypen besonders vorteilhaft.
Zusätzlich zur Steifheit der Ansätze besteht ein weiterer bedeutender Vorteil dieser Erfindung darin, dass eine verbesserte Formbeibehaltung des ungebrannten Körpers existiert. Eine Formbeibehaltung ist insbesondere bei der Ausbildung komplexer Strukturen von Vorteil. Eine Form dünnwandiger zellulärer Substrate, beispielsweise 0,07–0,14 mm (3–6 mil) oder weniger wird typischerweise bei 2–2,5 Mal der Zufuhrrate bzw. -geschwindigkeit für Doppelschnecken-Extrusion und höheren Extrusionsgeschwindigkeiten für die RAM-Extrusion aufrecht erhalten.
Die Körper, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden, zeigen, wenn sie gebrannt sind, höhere Festigkeitswerte als Körper, die aus historischen Ansätzen hergestellt sind, d. h. ohne Kombination aus Nicht-Lösungsmittel, oberflächenaktivem Mittel und Bin demittel in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung. Dies ist insbesondere im Verhältnis der ISO-Festigkeit (isostatische Festigkeit) zur A-Achsenfestigkeits-Messung von Waben evident. Die isotaktischen Festigkeits-Messungen in der Praxis dieser Erfindung sind die isostatische 3-D Festigkeit und die Tests werden hydraulisch durchgeführt. Die A-Achse ist die Achse entlang der axialen Richtung. Die A-Achsen-Festigkeit ist eine Stauchfestigkeits-Messung. Im allgemeinen ist dieses Verhältnis zumindest ungefähr 20% und besonders typisch ungefähr 20% bis 50% höher als solche, die aus historischen Ansätzen hergestellt sind. Typischerweise ist das Verhältnis von ISO-Festigkeit (isostatischer Festigkeit) zur A-Achsen-Festigkeit zumindest ungefähr 0,33.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie die Abnutzung der Extrusionsdüse und der Schraubenelemente vermindern und somit deren Lebensdauer verlängern.
Der ungebrannte Körper kann gemäß bekannter Techniken getrocknet und gebrannt werden, außer dass die Trocknungszeiten aufgrund weniger Wasser im ungebrannten Körper kürzer sein können. Es ist ebenfalls weniger Trocknungsenergie erforderlich als für historische Ansätze. Dies ist insbesondere bei dielektrischen Trocknungsoperationen von Vorteil.
Die Brennbedingungen der Temperatur und Zeit hängen von der Zusammensetzung und Größe und Abmessung des Körpers ab und die Erfindung ist nicht auf spezielle Brenntemperaturen und Zeiten beschränkt. Beispielsweise sind die Temperaturen in Zusammensetzungen, die in erster Linie zur Ausbildung von Cordierit vorgesehen sind typischerweise von ungefähr 1.300°C bis ungefähr 1.450°C und die Haltezeiten dieser Temperaturen sind von ungefähr 1 Stunde bis ungefähr 6 Stunden. Für Gemische, die in erster Linie zur Ausbildung von Mullit vorgesehen sind, betragen die Temperaturen von ungefähr 1.400°C bis ungefähr 1.600°C und die Haltezeiten bei diesen Temperaturen sind von ungefähr 1 Stunde bis ungefähr 6 Stunden. Für Cordierit-Mullit-Bildungstemperaturen, die die vorher beschriebenen Cordierit-Mullit-Zusammensetzungen ergeben, sind die Temperaturen von ungefähr 1.375°C bis ungefähr 1.425°C. Die Brennzeiten hängen von Faktoren wie beispielsweise Arten und Mengen von Materialien und der Natur der Ausrüstung ab, jedoch sind typische Brennzeiten von ungefähr 20 Stunden bis ungefähr 80 Stunden. Für Metallkörper sind die Temperaturen ungefähr 1.000°C bis ungefähr 1.400°C in einer reduzierenden Atmosphäre, vorzugsweise Wasserstoff.
Die Brennzeiten hängen von Faktoren ab, die oben diskutiert wurden, sind jedoch typischerweise zumindest 2 Stunden und typischerweise ungefähr 4 Stunden. Für Zeolithkörper sind die Temperaturen ungefähr 400°C bis 1.000°C in Luft. Die Brennzeiten hängen von wie oben diskutierten Faktoren ab, sie betragen jedoch typischerweise ungefähr 4 Stunden.
Um die Erfindung vollständiger zu veranschaulichen sind die folgenden nicht einschränkenden Beispiele dargelegt. Alle Teile, Anteile und Prozentsätze sind auf Gewichtsbasis, soweit nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1 Verschiedene Nicht-Lösungsmittel, oberflächenaktive Mittel und Bindemittel
Verschiedene homogene Gemisch-Zusammensetzungen wurden aus den in Tabellen 1, 2 und 3 aufgelisteten Bestandteilen hergestellt und zu Bändern und Stäben extrudiert. Die zum Vergleichen der Beispiele dieser Erfindung mit historischen Ansätzen verwendeten Parameter sind die Misch-Drehmomente eines Brabender-Mixers, die Extrusionsdrücke eines Stabes und eines Bandes und die Bandsteifheit (Belastung/Verformung (L/D)). Die Drehmomente eines Brabender-Mischens werden als „Spitzen" und „End" Drehmomente ausgedrückt. Die Spitzendrehmomente sind ein Maß der Einfachheit der Benetzung der Pulver oder des initialen Drehmomentes während des Mischens und die Enddrehmomente sind für die Drehmomente im steady state repräsentativ und werden üblicherweise mit den Drehmomenten korreliert, die bei einer Zweischnecken-Extrusion oder einem Einzelschnecken-Extrusions-Verfahren beobachtet werden.
Die dem Material eigene Steifheit oder die Nass-Festigkeit, die in dieser Erfindung verwendet wird, wird als die Belastung gegen Verformung (L/D) bezeichnet. Die Steifheit (L/D) wurde durch zunächst Extrudieren von Bändern mit einer Dicke von ungefähr 3,1 mm (1/8'') unter Verwendung eines Kapillar-Rheometers gemessen. Die Bandsteifheit wurde dann durch Aufbringen einer Belastung auf einen Kolben in einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Messen der Verformung des Bandes gemessen. Das Verhältnis der Belastung zu der Deformation bzw. Verformung ist ein Maß der dem Material eigenen Steifheit. Je höher der L/D desto steifer der Ansatz.
Ein zweites Maß der Steifheit, das zum Messen der Nass-Festigkeit von Waben verwendet wird, wird als die Kugelfall-Steifheit bezeichnet. Der Kugelfall-Test wurde unter Verwendung des wissenschaftlichen Fischer-Penetrometers durchgeführt, das für diesen Test angepaßt wurde. Eine Kugel einer gegebenen Größe, die am Oberteil der Kolbenstange befestigt ist, wird freigegeben und in die Testprobe fallen gelassen. Die Einbuchtung, die durch die Kugel auf der Probe vorgenommen wurde, wird gemessen. Der Einbuchtungsgrad ist ein Hinweis auf die Steifheit der Probe oder das Fehlen hiervon. Geringere Kugelfallziffern bei einer vorgegebenen Belastung entsprechen steiferen Ansätzen, wobei Zahlen von weniger als 80 als steifer Ansatz bezeichnet werden.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1, 2 und 3 für jede Zusammensetzung zusammengefaßt.
Tabelle 1 zeigt Beispiele für Nicht-Lösungsmittel, die in dieser Erfindung verwendet werden. Der historische oder nicht-erfindungsgemäße Ansatz wird als die „Kontrolle" bezeichnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Misch-Drehmomente, sowohl Spitzen- als auch Enddrehmomente, geringer sind als die der Kontrolle innerhalb des experimentellen Fehlers. Mit anderen Worten sind die Verarbeitungs-Drehmomente als auch der Druck gleich oder niedriger als die Kontrolle, obwohl die Steifheit des Bandes (L/D) höher als die der Kontrolle ist (um zumindest 25%).
Die Beispiele für oberflächenaktive Mittel dieser Erfindung werden mit dem historischen oder nicht-erfindungsgemäßen Beispiel (Natriumtallowat) verglichen, bezeichnet als die „Kontrolle" (Tabelle 2). Obwohl Natriumtallowat ebenfalls als oberflächenaktives Mittel in dieser Erfindung zur Bereitstellung der Steifheit verwendet werden kann, war die Extrusionsqualität der Bänder unterlegen (gekennzeichnet durch das Vorliegen von Kerbverzahnungen bzw. Schnitten in den Bändern), im Vergleich zu anderen Beispielen für oberflächenaktive Mittel. Beispiele für gesättigte Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C₈ bis C₁₈ sind zusätzlich zu ungesättigten Fettsäuren, beispielsweise Ölsäure, dargestellt. Die Fettsäuren zeigten, anders als Natriumtallowat, eine gute Extrusionsqualität (keine Kerbverzahnungen in den Bändern) und Steifheit. Bei all den Beispielen für oberflächenaktive Mittel sind die Extrusionsdrücke gleich oder niedriger als die Kontrolle, wohingegen eine höhere Steifheit aufrecht erhalten wird. Obwohl das Drehmoment mit einer Zunahme der Kohlenstoffkettenlänge im Gesamtge halt des oberflächenaktiven Stoffes in den Beispielen 7, 3, 2 und 4 dargestellt zunimmt, wird der Gesamtvorteil einer höheren Steifheit bei gleichem oder geringerem Extrusionsdruck aufrecht erhalten.
Tabelle 3 zeigt Beispiele für andere wasserlösliche Bindemittel, die in Kombination mit Zelluloseether-Bindemittel verwendet werden können. Die Ergebnisse zeigen erneut, dass in allen Fällen die Steifheit höher als die Kontrolle bei geringeren oder gleichen Extrusionsdrücken und Extrusionsmomenten ist.
1 zeigt die Steifheits- und Verformungs-Daten, die für die erfindungsgemäßen, ebenso wie für die nicht-erfindungsgemäßen Beispiele für extrudierte Nass-Waben repräsentativ sind, beispielsweise 62 Zellen/cm² mit 0,1 mm dicken Wänden (400 Zellen/in² und 4 mil Wand), gemessen unmittelbar nachdem der Ansatz die Düse verließ. Ein Vergleich der Kugelfalldaten zeigt, dass die Verformung der erfindungsgemäßen Beispiele (nass) signifikant geringer als diejenige der nicht-erfindungsgemäßen Beispiele bei gleichen oder niedrigeren Drücken und Drehmomenten ist. Darüber hinaus zeigt der Zellzerfall am Umfang der Wabe eine signifikante Verbesserung gegenüber dem nicht-erfindungsgemäßen Beispiel.
Beispiel 2 Festigkeitsmessungen des gebrannten Körpers im Vergleich mit gebranntem Körper nach dem Stand der Technik
Zusammensetzungen wurden zu Waben wie in Tabelle 4 dargestellt extrudiert. Jede der Zusammensetzungen nach dem Stand der Technik (Vergleich) und nach der Erfindung enthielten im wesentlichen dieselben Mengen an kalzinierter Kaolin-Tonerde, Talkum, delaminierter Kaolin-Tonerde, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid und jedes enthielt Methylzellulose als Bindemittel. Während jedoch der Flüssigträger im Vergleichsansatz im Wesentlichen aus Wasser als Lösungsmittel für Methylzellulose bestand, bestand der flüssige Träger im erfindungsgemäßen Ansatz aus einer Kombination aus Wasser und einem Kohlenwasserstofföl-Nicht-Lösungsmittel. Die Menge an Nicht-Lösungsmittel war ungefähr 6% auf Grundlage der anorganischen Pulver. Der erfindungsgemäße Ansatz enthielt einen organischen Säureoberflächenaktiven Stoff in einer Konzentration von ungefähr 0,5% auf Grundlage der anorganischen Pulver. Der Vergleichsansatz enthielt Natriumstearat (oder Tallowat) in einer Konzentration von ungefähr 0,75% auf Basis der anorganischen Pulver.
Tabelle 4: Durchschnittliche Festigkeit und andere Eigenschafts-Vergleiche für erfindungsgemäße und vergleichsweise gebrannte Körper
Trotz der Nachteile einer höheren Porosität, eines geringeren CTE (der wahrscheinlich das Ergebnis einer erhöhten Mikrorissbildung und wiederum reduzierten Materialfestigkeit ist) und geringerer Netz- oder Wanddicken – die alle die A-Achsen (und andere) Stauchfestigkeiten senkten, wurde die Iso-Festigkeit auf demselben Niveau aufrecht erhalten.

Claims

Verfahren zum Bilden und Formen eines plastizierten Pulvergemischs, umfassend Pulvermaterialien, ein oberflächenaktives Mittel, ein Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und das oberflächenaktive Mittel, welches die Schritte aufweist: Mischen und Plastizieren der Bestandteile, um ein plastiziertes Gemisch zu bilden, und Formen des plastizierten Gemischs zur Bildung eines ungebrannten Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch weiterhin ein Nicht-Lösungsmittel zumindest bezüglich des Bindemittels, des Wassers und der Pulvermaterialien enthält, wobei das Nicht-Lösungsmittel eine niedrigere Viskosität als das mit Wasser kombinierte Bindemittel aufweist, wodurch der Wasseranteil niedriger ist, als in Abwesenheit des Nicht-Lösungsmittels zur Erzeugung eines plastizierten Gemischs notwendig wäre, und die Bestandteile so ausgewählt werden, dass eine verbesserte Nassfestigkeit im ungebrannten Zustand in dem anschließend gebildeten ungebrannten Körper erhalten wird, und dass das Bindemittel, das oberflächenaktive Mittel, das Wasser und das Nicht-Lösungsmittel dem Gemisch in Anteilen in Gew.-%, basierend auf den Pulvermaterialien, von 2%–10% Bindemittel, 0,2%–10% oberflächenaktives Mittel, 6%–50% Wasser und 2%–50% Nicht-Lösungsmittel, zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pulvermaterialien, das oberflächenaktive Mittel und das Bindemittel trocken vermischt werden, um eine gleichmäßige Vermischung dieser zu bilden, das Wasser dem erhaltenen trockenen Gemisch zugegeben wird, und anschließend das Nicht-Lösungsmittel dem Gemisch zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bindemittel einen Celluloseether umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Celluloseether Methylcellulose, ein Methylcellulosederivat oder eine Kombination hiervon ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Bindemittel mindestens einen weiteren Bestandteil umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Stärke, Poly(vinylalkohol), Poly(acrylsäure) und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach einem Anspruch von 1 bis 5, wobei das Nicht-Lösungsmittel Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenwasserstoffen, Fettsäuren mit Kettenlängen größer als C₂₂, Fettalkoholen mit Kettenlängen größer als C22, natürlichen Estern mit Kettenlängen von C₁₄ oder größer, synthetischen Estern und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Nicht-Lösungsmittel Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Mineralöl, Fettsäureglyceriden, Monoestern, Diestern und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Nicht-Lösungsmittel Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Leichtmineralölen, Maisöl, Polybutenen mit hohem Molekulargewicht, Polyolestern, Gemischen einer Wachsemulsion und eines Leichtmineralöls, Paraffinwachs in Maisöl und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das oberflächenaktive Mittel Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C₈ bis C₂₂, Derivaten von Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C₈ bis C₂₂ und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das oberflächenaktive Mittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die Stearinsäure, Stearinsäure und Ammoniumlaurylsulfat, Laurinsäure, Ölsäure und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das oberflächenaktive Mittel zusätzliche Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Fettsäureestern mit einer Kettenlänge von C₈ bis C₂₂ Fettalkoholen mit einer Kettenlänge von Ca bis C₂₂ und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Nicht-Lösungsmittel ein leichtes Mineralöl ist, und das oberflächenaktive Mittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Laurinsäure, Stearinsäure, Ölsäure und Kombinationen hiervon besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Gemisch in Gew.-%, bezogen auf die Pulvermaterialien, 5%– 10% Nicht-Lösungsmittel, 0,2%–2% oberflächenaktives Mittel, 2,5%–5% Bindemittel und 8%–25% Wasser umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Pulvermaterialien Cordierit-bildende Ausgangsmaterialien sind.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 14, wobei das Gemisch geformt wird, in dem es durch einen Extruder und anschließend durch eine Düse geführt wird, um ein ungebranntes Extrudat zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Gemisch in einem Doppelschneckenextruder plastiziert und daraus extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Gemisch mit einer Schergeschwindigkeit extrudiert wird, bei der die Haut des ungebrannten Extrudats für die Dauer des Extrusionsprozesses frei von Störungen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Gemisch zu einer Wabenstruktur extrudiert wird.
Plastiziertes Gemisch, umfassend Pulvermaterialien, ein oberflächenaktives Mittel, Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel für das Bindemittel und das oberflächenaktive Mittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch weiterhin ein Nicht-Lösungsmittel zumindest bezüglich des Bindemittels, des Wasser und den Pulvermaterialien enthält, wobei das Nicht-Lösungsmittel eine niedrigere Viskosität aufweist als das Bindemittel in Kombination mit dem Wasser, wobei die Bestandteile so gewählt sind, dass eine verbesserte Nassfestigkeit im ungebrannten Zustand in einem ungebrannten Körper, der anschließend daraus gebildet wird, erhalten wird, und dass das Bindemittel, das oberflächenaktive Mittel, Wasser und Nicht-Lösungsmittel in dem Gemisch in Gewichtsprozentanteilen, bezogen auf die Pulvermaterialien, von 2%–10% Bindemittel, 0,2%–10% oberflächenaktives Mittel, 6%–50% Wasser und 2%–50% Nicht-Lösungsmittel vorliegen.
Wabenkörper, der durch Extrusion eines plastizierten Gemischs nach Anspruch 19 hergestellt wird, welcher ein Verhältnis der isostatischen Festigkeit zu der A-Achsenfestigkeit von mindestens ungefähr 0,33 beim Brennen aufweist.