JP2013501606A - 束になった触媒用基材のコーティング - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の触媒支持体を同時にコーティングする方法および装置に関する。コーティング装置に複数の触媒支持体を同時に配置することにより、より高い生産性が可能になる。コーティング装置は、コーティング懸濁液を供給するために提供される領域に穿孔プレートを備える。本発明の目的は、個別の支持体を基準として、サイクル時間をさらに増やし、既存のプラントを柔軟に使用することを可能とする新たなプロセスおよび新たな装置を提供することである。

Description

触媒の支持体のコーティングにおいて、安価かつ効率のよい製造のために、サイクル時間は非常に重要である。

これまで知られたプロセスにおいて、サイクル時間は、例えば、コーティング懸濁液の供給、その後の用いる気体および液体の高流速による過剰のコーティング懸濁液の除去によって短縮されている。

これは、英国特許第１ ５１５ ７３３号明細書（特許文献１）、米国特許第４，２０８，４５４号明細書（特許文献２）、欧州特許第０ １５７ ６５１号明細書（特許文献３）、独国特許第４０ ４０ １５０号明細書（特許文献４）および米国特許第５，１８２，１４０号明細書（特許文献５）に記載されている。

本手順は、サイクル時間をさらに増やす妨げとなる自然の限界の影響を受ける。

また、従来のプロセスが、新たな機械を必要とするため、数多くの異なるサイズのコートされた支持体がますます求められている。

英国特許第１，５１５，７３３号明細書 米国特許第４，２０８，４５４号明細書 欧州特許第０，１５７，６５１号明細書 独国特許第４０ ４０ １５０号明細書 米国特許第５，１８２，１４０号明細書

本発明の目的は、個別の支持体を基準として、サイクル時間をさらに増やし、既存のプラントを柔軟に使用することを可能とする新たなプロセスおよび新たな装置を提供することである。

本目的は、円筒支持体を、コーティング懸濁液で完全または部分コーティングする方法であって、支持体が、それぞれ、円筒軸、２つの端面、円筒表面および軸長さＬを有し、かつ、第１の端面から第２の端面まで及ぶ複数のチャネルを有し、その円筒軸を垂直に位置合わせし、コーティング懸濁液をチャネルに、支持体の端面の少なくとも１つを介して導入することにより、支持体が、所望量のコーティング懸濁液でコートされる方法であり、複数の支持体が、コーティング装置に同時に配置され、コーティング懸濁液が、支持体のチャネルへ同時に導入され、支持体が、コーティング装置から後に同時に取り出されることを特徴とする方法により達成される。

コーティング懸濁液の支持体のチャネルへの同時導入後、過剰のコーティング懸濁液を、支持体のチャネルから再び同時に除去する。

複数の支持体をコーティング装置に同時に配置することにより、コーティングのプロセス関連パラメータ、例えば、コーティングの種類および性質、コーティング懸濁液の粘度およびチャネルの直径のために、実際のコーティング時間をさらに減じることができないときであっても、生産性が上がる。このようにすると、複数の支持体が、必要なコーティング時間中にコートされ、従って個別のコートされた支持体当たりのサイクル時間が減少するからである。この手順は、少量の支持体、例えば、バイク、芝刈り機等の排気ガス触媒に用いるのに特に興味深く、自動車触媒を製造するためのプラントで本発明のプロセスにより、経済的に引き合うように生成できる。

本発明によれば、複数の支持体、すなわち、少なくとも２本、特に有利には、３〜３０本、特に、５〜２５本、非常に特に好ましくは、７〜２１本の支持体が、コーティング装置に同時に配置される。

本発明によれば、コートされる支持体は、端面の少なくとも１つから、充填容積のコーティング懸濁液で充填される。ここで、充填容積は、支持体が、その長さＬの所定の割合となる高さまで充填されるようなものであり、過剰のコーティング懸濁液は除去され、従って、所望量のコーティングが支持体に残る。

長さＬの割合をＬ自体とすることもでき、そうすることで、この場合、支持体は、全長にわたってコートされる。

支持体のコーティングは、任意の好適なやり方で行うことができる。本発明の一実施形態において、支持体は、下端面からコーティング懸濁液で充填することができる。ここで、過剰のコーティング懸濁液も下向き方向で除去されると通常有利である。

例えば、支持体は、このために、コーティング装置に配置されて、所望の充填容積のコーティング懸濁液を、重力とは逆の方向に下端面から供給することができ、コーティング懸濁液の供給の中断後、過剰のコーティング懸濁液は、圧力勾配をかけることによって除去することができる。

本発明の具体的な一実施形態において、コーティング懸濁液は、コーティング装置の下端で容器に入れることができ、この容器は、支持体またはこれら支持体の担体の端面の形状に適合しており、コーティング懸濁液は、支持体の上端面に減圧をかけることにより、支持体の下端面を通して、支持体のチャネルへ吸引することができる。かかるプロセスは、例えば、米国特許第Ｂ４３４０５０５号明細書および米国特許第Ｂ７３２３０５４号明細書に記載されている。

本発明のさらなる具体的な一実施形態において、コーティング懸濁液は、別の方法として、コーティング懸濁液を、圧力下、支持体の下端面を通して、チャネルへ押すことにより、支持体のチャネルへ導入することができる。

さらなる変形において、支持体は、コーティング懸濁液を上から供給することにより、コートすることができる。このために、コーティング懸濁液は、上から、すなわち、支持体の上端面から支持体に注がれ、コーティング懸濁液を吸引するために、低大気圧が、同時または後に、支持体の下端面に加えられる。この変形の有利な一実施形態において、保護材で支持体を包む、または支持体の上部に、支持体の端面の形状に適合する容器を与えて、コーティング懸濁液が、支持体の外側円筒表面と接触しないようにする。さらなる有利な一実施形態において、コーティング懸濁液の粘度は、低大気圧を、支持体の下端面に加えたときのみ、コーティング懸濁液がチャネルに入るように設定される（例えば、チオキソトロープ等の添加剤により、または用いる溶媒の成分濃度または量を設定することにより）。ここで、低大気圧は、コーティング懸濁液に注ぐのと同時か、または後で加えることができる。すなわち、コーティング懸濁液を、支持体の上端面に適用した後、低大気圧を、支持体の下端面に加える。この種の好適な手順は、概ね、国際公開第９７／４８５００号パンフレットに記載されている。

支持体へのコーティング懸濁液適用後、過剰のコーティング懸濁液は、コーティング懸濁液の支持体への供給を中断した後、圧力勾配をかけることにより除去される。

このために、例えば、低大気圧で、排気した容器に対してバルブを開けることにより、例えば、真空を下端面に加えることができる。同時に、空気またはコートした支持体およびコーティング懸濁液に対して不活性な他のガス、例えば、窒素を、大気圧で、支持体の上端面に供給することができる。真空容器中の圧力が減少するため、支持体のチャネルへのガスの流量も減少する。しかしながら、逆の手順を用いて、上端面に真空を加えて、支持体の下端面にガスを供給することも可能である。同様に、この供給は１回以上変更したり、逆にしたりすることができ、そうすることで、米国特許第７０９４７２８号明細書によれば、支持体のチャネルに、より均一なコーティングが施される。

減圧を加える（支持体を「吸引する」）代わりに、過圧を加える（支持体を「膨張させる」）ことも可能である。このために、空気またはコートした支持体およびコーティング懸濁液に対して不活性な他のガス、例えば、窒素を、過圧下で、上端面または下端面に供給することができる。ガス圧が加わる端面の反対のこれら端面では、ガスの十分な流出が確保されなければならない。このために、低大気圧（真空）を加えることが可能であるが、これは、絶対必要というわけではない。しかしながら、ガスまたは液体圧は、反対の端部に同時に加えてはならない。これは過剰のコーティング懸濁液を支持体のチャネルから除去するのに十分なガスの流量を確保するためである。この場合、過圧は、米国特許第７０９４７２８号明細書に簡単に概説されている方法と同様のやり方で、上下端面に交互に加えることができる。

過剰のコーティング懸濁液の除去後、支持体を乾燥し、続いて熱処理（か焼）を行う。

必要なら、支持体はまた、コーティング懸濁液で何度もコートすることもできる。これは、原則として、乾燥の前か後に、あるいは、熱処理後になされ得るが、これはあまり好ましくない。さらなるコーティング工程において、コーティング懸濁液は、最初に適用したコーティング懸濁液と同じ組成または異なる組成を有することができる。

コーティング懸濁液は、その名前が示すとおり、懸濁液ばかりでなく、分散液または溶液とすることもできる。これは、貴金属または貴金属溶液を含有することができる。好適なコーティング懸濁液は、例えば、参照により援用される米国特許第Ｂ７４６５６９０号明細書、第２欄、６３行〜第４欄、４５行に記載されている。

支持体は、上記のプロセス工程の前の工程において、束へと集めると有利となり得る。すなわち、本発明は、また、円筒支持体を、コーティング懸濁液で完全または部分コーティングする方法であって、支持体が、それぞれ、円筒軸、２つの端面、円筒表面および軸長さＬを有し、かつ、第１の端面から第２の端面まで及ぶ複数のチャネルを有し、その円筒軸を垂直に位置合わせし、コーティング懸濁液をチャネルに、支持体の端面の少なくとも１つを介して導入することにより、所望量のコーティング懸濁液で支持体がコートされる方法であり、
− 複数の支持体を提供する工程と、
− 支持体を集めて、支持体の束を形成する工程と、
− 支持体の束をコーティング装置に配置する工程と、
− コーティング懸濁液を、支持体のチャネルへ同時に導入する工程と、
− 支持体をコーティング装置から除去する工程と
を含む。

束は、複数の支持体、特に有利には、７〜２１本の支持体を含む。

コーティング懸濁液の支持体のチャネルへの同時導入後、過剰のコーティング懸濁液を、支持体のチャネルから再び同時に除去する。

束へと集められた支持体は、搬送し易くし、支持体が倒れることによるプロセスの中断を減じるために互いに有利に結合させることができる。なぜなら、一緒に結合された支持体の束は、その重心が低いため、個別の支持体よりもより良好な安定性を有するからである。これは、例えば、接着テープ、ストリング、プラスチックコネクタ（例えば、ケーブルバインダー）、金属テープまたは金属線によるなどの、任意のやり方で行うことができる。金属線または金属テープを結合に用いる場合には、プロセスの途中で実施される熱処理において焼くことによってこれを除去することはできない。支持体は、最終的に、個別に設置またはパックされて、金属を除去するのに個別の工程が必要となるため、これは不利である。しかしながら、支持体のパッキングまたは設置が束でなされる場合には、金属線または金属テープにより支持体を接合すると有利である。

本発明のさらなる一実施形態において、支持体は、互いに接着ボンドでき、これは、完成したコートされた支持体を、個別にパックまたは設置すべきとき、特に有利である。この場合、支持体は、後の熱処理（例えば、か焼）中に焼け切れる接着剤、例えば、ポリビニルアルコールまたはポリ酢酸ビニルをベースとする接着剤またはホットメルト接着剤により、所望の配置で結合させることができる。接着剤の乾燥または硬化または冷却後、互いに結合した支持体の得られた束をさらに処理する。

一束の支持体の結合は、支持体の長さＬを基準として、支持体の中央はなされないと有利である。例えば、金属線を中央に配置する場合、個別の支持体が、束からそれぞれ抜け出ることが比較的多く見受けられる。支持体の外形に応じて、最密にパッキングで束ねられる。これらの束は、少なくとも２本、特に有利には、３〜３０本、特に、５〜２５本、非常に特に好ましくは、７〜２１本の支持体を含む。丸い円形断面の場合には、７または２１本の支持体を束へと集めるのが優先される。

支持体は、各支持体の端面の１つが、穿孔プレートに配置されるようにして、コーティング装置に配置され、穿孔プレートの孔の配置、孔のサイズおよび孔の数は、支持体の配置、サイズおよび数に対応する。例えば、円形断面を有する７本の支持体を集めて、六角形の６本のさらなる支持体に囲まれた１本の中央支持体を有する束を形成する場合、穿孔プレートは、６本の円形開口部を有していなければならず、中央開口部は、六角形の６本のさらなる開口部に囲まれている。支持体は、当然、開口部にそれぞれ立つものでなければならず、開口部は、実質的に全てのチャネルをコーティングするのに十分大きくなければならない。従って、開口部は、チャネルの一部のみが、コーティング懸濁液と接触するだけの小さいものであってはならない。穿孔プレートは、好適な材料、例えば、金属またはプラスチックからなる。少なくとも１つのシーリング材料が、穿孔プレートと、支持体の端面との間に配置されると有利である。好適なシーリング材料は、例えば、ゴムまたは熱可塑性エラストマーであり、穿孔プレート上のシーリングリングとして、あるいは、穿孔プレートと同じ孔のパターンを備え、その上に載った、またはそれに固定されたマットのいずれかとして配置される。この場合、支持体は、本発明のプロセスを実施するために、シーリング材料および穿孔プレートにかかる圧力により適所に保持される。このために、例えば、第２のシーリング材料を備え、支持体の上端面に配置することのできる第２の穿孔プレートを提供することができる。支持体は、第１のシーリング材料が有利に備えられている第１の穿孔プレートに配置される。第１および第２のシーリング材料は、同一または異なり、各穿孔プレートに、同じやり方、または異なるやり方で配置または留めることができる。したがって、支持体が第１の穿孔プレートおよび有利には存在する第１のシーリング材料にプレスされるような力を第２の穿孔プレートに加えることができる。

支持体の均一なコーティングは、流量平衡器により確保することができる。

穿孔プレートは、一般に、コーティング懸濁液が、支持体のチャネルへ導入されるコーティング装置の開口部のサイズに実質的に対応するサイズを有している。

しかしながら、本発明のさらなる一実施形態において、穿孔プレートは、コーティング装置の開口部より大きく、この場合、支持体全てを、コーティング装置の開口部に同時に直接配置することはできない。このようにして、より多数の支持体を、同時にコートすることができるか、あるいは、同数またはより少ない数のより大きな支持体を、同時にコートすることができる。しかしながら、穿孔プレートは、コーティング懸濁液を、好適に配置されたチャネルを通して支持体に導入するという、より複雑なコンポーネントである。例えば、材料を通すチャネルにより、支持体が配置された穿孔プレートの孔に、コーティング装置の開口部を接続する穿孔プレートにより、これらのチャネルは、穿孔プレート内に配置できる。別の方法として、これらのチャネルはまた、穿孔プレート外に存在させることもできる。この場合、コーティング装置の開口部は、穿孔プレートの孔に接続されていて、穿孔プレート外に配置されたホースまたはパイプを介して、支持体が穿孔プレートに配置されている。これによって、より多数の支持体を同時にコートすることが可能となる、または、同数またはより少ない数のより大きな支持体を、同時にコートすることができる。

本発明のさらなる一実施形態において、複数の支持体が集められて、一つの束を形成し、穿孔プレートにより互いに結合される。

穿孔プレートにより互いに結合されたこれらの支持体は、同時に搬送されて、一緒にコートすることができる。

同時コーティング後の複数の支持体に、同様に、同時にさらなるプロセス工程、有利には、少なくとも１つの乾燥工程および／または加熱処理を行うと有利である。ここで、これらの支持体は、束へと集めることができ、かつ、上述したとおり、金属線、金属テープまたは穿孔プレートにより有利に結合させることができる。

支持体は、一般に、好適なセラミックまたは金属材料でできている。支持体のセラミック材料は、コーディエライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素またはその他セラミック材料からなり得る。高温抵抗性および低熱膨張のために、炭化ケイ素または金属材料が好ましくは用いられる。好適な金属材料は、例えば、鋼、特に、ステンレス鋼である。

本発明のプロセスは、小さな支持体をコーティングするのに、例えば、自動車触媒用の従来の製造プラントでのガソリン式庭用または林業器具、バイクまたはモペッドに特に好適である。ここで、支持体の容積は、２００ｍｌ以下、および／または最大直径は、７０ｍｍ、好ましくは、５０ｍｍであることが多い。

本発明はまた、プロセスを実行するための装置も提供する。コーティング装置は、少なくとも１つの穿孔プレートまたは開口部を有していて、孔の配置、孔のサイズおよび孔の数は、コーティング懸濁液を導入するために提供された場所にある支持体の配置、サイズおよび数に対応する。本発明によれば、複数の支持体が同時にコートされ、穿孔プレートまたはコーティング装置は、少なくとも１つ、特に、少なくとも２つ、特に有利には、３〜３０個、特に、５〜２５個、非常に特に好ましくは、７〜２１個の開口部を有すると有利である。原則的に、より多数の開口部を有することができ、したがって、数多くの支持体を同時コーティングによりコートすることができるが、支持体の束を機械的に一緒に保持する力は、中央支持体が滑り出るのを防ぐために、大幅に増大させなければならない。ここで、支持体を確実に接続するのに必要な力がその機械的安定性を超えるときには、本発明のプロセスには、自然の限界がある。

装置は、支持体の端面に少なくとも対向する側にシーリング材料を有すると有利である。穿孔プレートおよび単一または複数種のシーリング材料の性質については、上述したとおりである。

Claims (18)

1. 円筒支持体を、コーティング懸濁液で完全または部分コーティングする方法であって、前記支持体が、それぞれ、円筒軸、２つの端面、円筒表面および軸長さＬを有し、かつ、第１の端面から第２の端面まで及ぶ複数のチャネルを有し、その円筒軸を垂直に位置合わせし、前記コーティング懸濁液を前記チャネルに、前記支持体の前記端面の少なくとも１つを介して導入することにより、前記支持体が、所望量の前記コーティング懸濁液でコートされる方法であり、複数の支持体が、コーティング装置に同時に配置され、前記コーティング懸濁液が、前記支持体の前記チャネルへ同時に導入され、前記支持体が、前記コーティング装置から後に同時に取り出されることを特徴とする方法。
2. 前記支持体が、前記端面の少なくとも１つから、充填容積の前記コーティング懸濁液で充填され、前記充填容積は、前記支持体が、その長さＬの所定の割合となる高さまで充填されるようなものであり、過剰のコーティング懸濁液は除去され、このようにして、前記所望量のコーティングが前記支持体に残る、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持体が、下端面から前記コーティング懸濁液で充填される請求項１または２に記載の方法。
4. 過剰のコーティング懸濁液が、下向き方向で除去される請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記支持体が、前記支持体の上端面に注がれる前記コーティング懸濁液によりコートされ、前記コーティング懸濁液を吸引するために、前記支持体の下端面に、低大気圧が加わる請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記支持体が、前の工程で束へと集められる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記支持体が、前記束で、互いに機械的に結合する請求項６に記載の方法。
8. 前記支持体の結合が、前記支持体の前記長さＬに対して、中央ではなされない請求項７に記載の方法。
9. 前記束が、７本または２１本の支持体を有する請求項５〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 少なくとも１つの端面が、穿孔プレートに配置されるようにして、前記支持体が前記コーティング装置に配置され、前記穿孔プレートの孔の配置、孔のサイズおよび孔の数が、前記支持体の配置、サイズおよび数に対応する請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 少なくとも１つのシーリング材料が、前記穿孔プレートと端面との間に配置される請求項１０に記載の方法。
12. 前記支持体が、前記シーリング材料および前記穿孔プレートへの圧力により適所に保持される請求項１１に記載の方法。
13. 前記支持体が、金属線、金属テープまたは穿孔プレートにより、前記束で、互いに機械的に結合される請求項７〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. コーティング後の複数の支持体に、さらなるプロセス工程、有利には、少なくとも１つの乾燥工程または熱処理を同時に行う請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記支持体が、金属材料でできている請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 孔の配置、孔のサイズおよび孔の数が、前記コーティング懸濁液の導入のために提供された場所の前記支持体の配置、サイズおよび数に対応する少なくとも１つの穿孔プレートを有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
17. 前記穿孔プレートが、前記支持体の前記端面に少なくとも対向する側にシーリング材料を有する請求項１４に記載の装置。
18. 前記支持体が、２００ｍｌ以下の容積、および／または７０ｍｍ、好ましくは、５０ｍｍの最大直径を有する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法または請求項１６または１７に記載の装置。