[发明专利]用催化剂组分涂覆整体式基材的方法

说明书

本发明涉及用包含催化剂组分的液体涂覆包括多个通道的蜂窝状整体式基材的方法和装置。

在本文中定义的“蜂窝状整体式基材”包括具有多个通道或泡孔的金属和陶瓷穿流式整料，该等通道或泡孔沿基材结构的长度纵向延伸且其中通道在其两端开放；和包括具有多个通道或泡孔的陶瓷壁流过滤器的金属和陶瓷过滤器，该等通道或泡孔沿基材结构的长度纵向延伸且其中在基材的第一末端开放的通道在相对末端堵塞且在相对末端开放的通道在第一末端堵塞，该配置使得每隔一个邻近泡孔在壁流过滤器的第一末端具有开放末端（或堵塞末端）和在其相对末端具有堵塞末端（或开放末端），以使得当观察壁流过滤器的一个末端时，其类似于开放通道和堵塞通道的象棋盘。在壁流过滤器的第一末端处的开放通道与其相对末端处的开放通道之间的流体连通经由壁流过滤器的多孔壁结构实现。

定义“蜂窝状整体式基材”也包括金属的所谓的“局部过滤器”，诸如在WO 01/80978中公开的基材或在EP 1057519中公开的基材。

通常，用于制造蜂窝状整体式基材的陶瓷材料包括碳化硅、氮化铝、氮化硅、钛酸铝、烧结金属、氧化铝、堇青石、莫来石、铯榴石、复合料（thermet）诸如Al₂O₃/Fe、Al₂O₃/Ni或B₄C/Fe或包括其任何两种或更多种的节段的复合材料。

用于涂覆蜂窝状整体式基材的包含催化剂组分的液体制剂为本领域的技术人员已知且包括：诸如铂、钯和铑化合物的铂族金属化合物的水溶液；用于沉积将NO_x吸收在基材上的化合物的碱金属和碱土金属化合物的水溶液；和诸如例如铁、铜、钒、铈的过渡金属的化合物和过渡金属助催化剂化合物的其他组分；包含诸如氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆、氧化硅-氧化铝和沸石、任选负载上述铂族金属或过渡金属中的一种或多种的微粒状催化剂载体材料的洗涂料（washcoat）浆料；和含有负载的金属化合物和上述金属化合物的水溶液的组合的洗涂料浆料。这类液体也可包含相关的酸、有机化合物增稠剂等以改善制剂的催化活性、化学性质以适合所得催化剂的预定用途和/或液体的粘度和流变学。

例如自我们的WO 99/47260和自US 5,422,138已知用于自动涂覆蜂窝状整体式基材的装置。后一参考文献公开了如下装置，其包括用于基本竖直地固持蜂窝状整体式基材的设备和用于经由在基材的下端的通道的开放末端向基材引入预定体积的液体的设备，即本说明书的权利要求4的特征（a）和（b）；

EP 1325781公开了可用于生产现代“分区”基材的在US 5,422,138中公开的涂覆技术的发展。

本发明人已经研究了用包含催化剂组分的液体涂覆蜂窝状整体式基材的已知技术，其中特定强调涂覆过滤器基材和他们遇到的许多问题。

一个问题在于，如果液体洗涂料太粘，则对于在柴油机动车的排气系统中实际应用过滤器来讲在过滤器中的背压可能太高。本发明人发现对于涂覆过滤器可能需要约50cps的洗涂料粘度，而这种低粘度的洗涂料在使用已知涂覆方法时常在过滤器基材上产生不均匀的涂层。

在实践中，本发明人发现，有用的是使基材的吸水因子与在洗涂料中的悬浮液体含量匹配以获得所要百分数的轴向涂层深度；如果这两者不匹配，则涂层可能在干燥时缺乏稳定性。通过从基材上的洗涂料除去通常为水的悬浮液体，使洗涂料组分固定。

此外，本发明人发现，通过自洗涂料制剂除去增稠剂，产生较低粘度的洗涂料，可以减少干燥时间。

研究了一种供选的方法，其包括放置壁流过滤器基材于水溶液浴中且允许溶液通过毛细管作用浸渍过滤器，随后干燥并煅烧浸渍的壁流过滤器基材。然而，发现该方法由于浸渍步骤和随后的干燥步骤太慢而本身不易于自动化。此外，该方法对于考虑消费者的诸如催化剂“分区”以改善活性和节约昂贵铂族金属的需求来讲不够灵活。

在US 5,422,138中公开的方法和装置使用例如100-500cps的较高粘度的浆料，因此在用所希望的较低粘度浆料涂覆过滤器基材整料的领域中似乎没有实际用途。此外，在该方法中使用过量的含有昂贵铂族金属的液体涂覆蜂窝状整体式基材可导致一些液体无效损失。在本领域中，同样重要的是涂覆的蜂窝状整体式基材遵守在涂覆的蜂窝状整体式基材的制造商与其消费者之间约定的合同说明书，因为过量涂覆昂贵的铂族金属可降低制造商的利润，而用太少铂族金属涂覆蜂窝状整体式基材可导致制造商陷入与其消费者的冲突中。