Способ нанесения покрытия на фильтровальную основу
Изобретение относится к способу и устройству для нанесения покрытия на фильтровальную основу. Способ содержит множество каналов, где каждый канал имеет открытый конец и закрытый конец. Причем способ содержит следующие этапы: (а) вводят заданное количество жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы с использованием головки для дозирования жидкости, причем головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий, выполненных с возможностью равномерного распределения жидкости по поверхности верхнего конца фильтровальной основы, при этом жидкость имеет вязкость ≤ 600 мПа·с; и (b) покрывают каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, заданным количеством жидкости из средства содержания посредством создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы для затягивания жидкости в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы. Технический результат заключается в регулировании положением покрытия для обеспечения пористого слоя на стенках каналов фильтровальной основы и имеет небольшие длительности циклов, количеством активного материала, а также в обеспечении пористого слоя без модифицирования его вязкости. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл., 10 пр.
Область техники
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на фильтровальную основу. Кроме того, изобретением предлагается устройство для нанесения покрытия на фильтровальную основу.
Уровень техники
Каждый год производится большое количество устройств для контроля выбросов, содержащих фильтровальные основы с покрытием. Одним из главных направлений использования таких устройств является фильтрация твердых частиц (РМ), например, сажи, создаваемых двигателем внутреннего сгорания, в частности, двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. Устройства для контроля выбросов, содержащие фильтровальные основы с покрытиями, широко используются для удаления упомянутых твердых частиц, создаваемых двигателями с воспламенением от сжатия, такими как дизельные двигатели. Однако законодательство по охране окружающей среды становится все более строгим, и внимание стало также фокусироваться на удалении наночастиц, создаваемых бензиновыми двигателями.
Одна из проблем при изготовлении фильтровальных основ с покрытием связана с нанесением равномерного покрытия на стенки каналов фильтровальной основы. Это связано с тем, что каждый канал фильтровальной основы в общем случае имеет только один открытый конец (при этом другой конец закрыт, обычно путем закупорки), что порождает проблемы при нанесении покрытия из пористого слоя («washcoat»). Может оказаться затруднительным нанесение покрытия из пористого слоя в каналы фильтровальной основы с получением требуемой глубины покрытия, одинаковой глубины покрытия на всех каналах и равномерного распределения покрытия из пористого слоя внутри каждого канала.
Один из способов, который демонстрирует хорошие результаты с точки зрения равномерности нанесения покрытия из пористого слоя на стенки фильтровальной основы, описан в документе WO 201 1/080525. В нем описан способ нанесения на цельную основу со структурой пчелиных сот, содержащую множество каналов, покрытия в виде жидкости, содержащей каталитический компонент, и этот способ содержит следующие этапы: поддерживают цельную основу со структурой пчелиных сот в, по существу, вертикальном положении; вводят заданный объем жидкости в основу с открытых концов каналов на нижнем конце основы; удерживают введенную жидкость внутри основы с недопущением вытекания; переворачивают основу, содержащую удерживаемую жидкость; и создают вакуум на открытых концах каналов основы на перевернутом нижнем конце основы, чтобы затянуть жидкость в каналы основы.
Однако способ, описанный в документе WO 2011/080525, может оказаться неподходящим в определенных вариантах применения. Этот способ не позволяет легко управлять положением пористого слоя на стенке основы (например, покрытие "на стенке" или покрытие "в стенке"), и может оказаться необходимым использование покрытия для обеспечения пористого слоя, который имеет вязкость в пределах определенного диапазона.
В документе WO 99/47260 описан обычный способ нанесения покрытия на цельную опору. В качестве примера в этом документе приведен способ нанесения покрытия на основу со структурой пчелиных сот и сквозным протеканием потока. Этот способ, как правило, используется для нанесения состава покрытия для обеспечения пористого слоя, имеющего относительно высокую вязкость.
Сущность изобретения
Авторы настоящего изобретения разработали способ и устройство для автоматизированного и равномерного нанесения покрытия на фильтровальную основу. В частности, способ позволяет управлять положением покрытия для обеспечения пористого слоя на стенках каналов фильтровальной основы и имеет небольшие длительности циклов. Способ также позволяет точным образом управлять количеством активного материала (например, в покрытии для обеспечения пористого слоя), которое наносится на фильтровальную основу. Это является важным из-за того, что активный материал обычно содержит драгоценный металл, который дорого стоит. С использованием способа и устройства, соответствующих изобретению, также можно непосредственно наносить на фильтровальную основу покрытия для обеспечения пористого слоя без модифицирования его вязкости.
Изобретение в общем относится к способу нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, и этот способ содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы; и
(b) покрывают жидкостью из средства содержания каналы, предпочтительно в заданном количестве, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы.
Положение средства содержания у верхнего конца фильтровальной основы означает, что нанесению на каналы жидкого покрытия способствует сила тяжести. Этап (b) может содержать покрытие каналов жидкостью, имеющих открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, из средства содержания путем предоставления жидкости возможности поступать в каналы и/или заполнять их под действием силы тяжести.
Изобретением также предлагается устройство для нанесения покрытия фильтровальной основы жидкостью, содержащее:
(i) средство содержания, предназначенное для приема заданного количества жидкости; и
(ii) головку для дозирования жидкости, установленную над верхним концом фильтровальной основы для выдачи заданного количества жидкости в средство содержания;
причем средство содержания выполнено с возможностью расположения у верхнего конца фильтровальной основы, и головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий для выдачи жидкости на верхний конец фильтровальной основы.
Стенки каналов в фильтровальных основах содержат пористый материал, который создает барьер для твердых частиц (РМ), но позволяет проходить газам. Можно нанести покрытие для обеспечения пористого слоя, главным образом, на поверхность стенок каналов (т.е., покрытие, по существу, или полностью "на стенке") и создать покрытие мембранного типа. В качестве альтернативы, можно обеспечить затягивание или принудительное перемещение большей части или всего покрытия для обеспечения пористого слоя в пористый материал стенок каналов (т.е., покрытие, по существу, или полностью "в стенке").
Необходимо понимать, что при получении фильтровальной основы с покрытием "на стенке" во многих случаях, даже несмотря на то, что большая часть покрытия для обеспечения пористого слоя (например, > 50% общей массы всех каталитических компонентов) может создавать покрытие "на стенке", некоторая часть этого состава будет проникать в стенку фильтровальной основы и создавать покрытие "в стенке". Аналогичным образом, при получении фильтровальной основы с покрытием "в стенке" некоторая часть покрытия для обеспечения пористого слоя может остаться как покрытие "на стенке", даже несмотря на то, что большая часть этого состава создает покрытие "в стенке" (например, ≥ 50% общей массы всех каталитических компонентов).
Выгодно иметь возможность управлять положением покрытия для обеспечения пористого слоя на стенках каналов, так как положение этого покрытия может влиять на противодавление в фильтровальной основе, которое возникает при использовании. Положение покрытия для обеспечения пористого слоя на фильтровальной основе также может влиять на то, какие компоненты выхлопного газа будут контактировать с этим покрытием, и на то, какие химические реакции будут происходить под действием активных составляющих этого покрытия.
Изобретение также может позволить точным образом наносить покрытие на фильтровальную основу с требуемой глубиной покрытия (например, требуемая область покрытия по длине каналов). Изобретение также можно использовать для нанесения покрытия на всю длину каналов или только на небольшую ее часть (например, поверхностное покрытие основы). При нанесении покрытия на часть длины каналов с обоих концев основы, область покрытия в одном канале (например, впускном канале) по длине может перекрываться с областью покрытия в соседнем канале (например, выпускном канале), при этом эти покрытия отделены стенкой основы. Изобретение может обеспечить хороший контроль степени перекрывания областей с нанесенным покрытием на концах основы.
Способ, соответствующий изобретению, относится к нанесению покрытия на фильтровальную основу с использованием покрытия для обеспечения пористого слоя, имеющего относительно низкую вязкость. В аналогичных способах в данной области техники в общем случае требуется использование покрытия для обеспечения пористого слоя, имеющего высокую вязкость, чтобы получить неизменную глубину нанесения покрытия. Это связано с тем, что покрытие для обеспечения пористого слоя, имеющее высокую вязкость, можно распределять равномерно по верхнему краю основы до его затягивания в небольшие отверстия каналов в основе под действием вакуума. Недостатком использования покрытия для обеспечения пористого слоя с высокой вязкостью в таких способах является то, что может оказаться затруднительным получение неизменной глубины покрытия для основ, имеющих большой диаметр.
Неожиданно было обнаружено, что одинаковую глубину покрытия можно получить, используя состав покрытие для обеспечения пористого слоя с низкой вязкостью, когда основа представляет собой фильтровальную основу, в частности, когда основа имеет относительно большой диаметр. Покрытия для обеспечения пористого слоя с низкой вязкостью являются выгодными из-за того, что с ними легче работать, требуется меньше времени для их получения, чем в случае покрытий для обеспечения пористого слоя с высокой вязкостью, уменьшается изменяемость свойств покрытия для обеспечения пористого слоя от партии к партии и устраняются или уменьшаются изменения в свойствах покрытия для обеспечения пористого слоя при старении.
Изобретение имеет несколько аспектов. Первый аспект изобретения включает первый аспект в виде способа и первый аспект в виде устройства.
Первый аспект изобретения в виде способа относится к способу нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, и этот способ содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы; и
(b) создают вакуум на нижнем конце фильтровальной основы.
Согласно первому аспекту изобретения в виде способа, общий этап (b) покрытие каналов, имеющих открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, жидкостью из средства содержания содержит создание вакуума на нижнем конце фильтровальной основы, либо его реализуют путем такого создания вакуума.
Как правило, согласно первому аспекту в виде способа, этап (b) в общем случае представляет собой этап (b) создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы для обеспечения затягивания жидкости из средства содержания в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы (что обеспечивает нанесение покрытия в каналах).
Первый аспект изобретения в виде устройства относится к устройству для нанесения покрытия в виде жидкости на фильтровальную основу, и это устройство содержит:
(i) средство содержания, предназначенное для приема заданного количества жидкости;
(ii) головку для дозирования жидкости, установленную над верхним концом фильтровальной основы для выдачи заданного количества жидкости в средство содержания; и
(iii) средство создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы,
причем средство содержания выполнено с возможностью расположения у верхнего конца фильтровальной основы, и головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий для выдачи жидкости на верхний конец фильтровальной основы.
Первый аспект изобретения можно использовать для нанесения в виде жидкости в каналы фильтровальной основы покрытия, относящегося к покрытию "в стенке". Этап создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы обеспечивает затягивание жидкости в стенки каналов основы, которые состоят из пористого материала.
Изобретение также имеет второй аспект, который включает второй аспект в виде способа.
Согласно второму аспекту изобретения, предлагается способ нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, и этот способ содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы; и
(b) обеспечивают вытекание жидкости из средства содержания в фильтровальную основу.
Согласно второму аспекту изобретения в виде способа, общий этап (b) покрытия каналов, имеющих открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, жидкостью из средства содержания, содержит обеспечение вытекания жидкости из средства содержания в фильтровальную основу, либо его реализуют путем такого обеспечения вытекания.
Согласно второму аспекту в виде способа, этап (b) в общем случае представляет собой этап (b) обеспечения вытекания жидкости из средства содержания в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы (что обеспечивает нанесение покрытия в каналах).
Второй аспект изобретения можно использовать для нанесения в виде жидкости в каналы фильтровальной основы покрытия, относящегося к покрытию "на стенке". Этап обеспечения вытекания жидкости из средства содержания в фильтровальную основу позволяет жидкости создать покрытие (например, покрытие мембранного типа) на поверхности стенок каналов в фильтровальной основе.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведен вид в поперечном разрезе устройства, соответствующего изобретению. Это устройство может быть использовано для выполнения способа, соответствующего изобретению. Устройство содержит душевую головку (1), которая используется для помещения покрытия для обеспечения пористого слоя (5) на фильтровальную основу (4), в пространство, определенное стенкой (2) и поверхностью верхнего конца фильтровальной основы (4). На нижнем конце фильтровальной основы с использованием вакуумного конуса (3) может быть создан вакуум.
Подробное описание изобретения
Если говорить конкретно, настоящее изобретение относится к нанесению покрытия в виде жидкости на фильтровальные основы. По структуре фильтровальная основа отличается от основы со сквозным протеканием потока.
Основа со сквозным протеканием потока в общем случае содержит множество каналов, как правило, проходящих насквозь, при этом каждый канал открыт с обоих концов (т.е., открытый конец на впуске и открытый конец на выпуске). Каналы созданы между множеством стенок. Стенки в общем случае содержат непористый материал.
В отличие от этого, фильтровальная основа содержит множество каналов, каждый из которых имеет открытый конец и закрытый конец (например, заблокированный или закупоренный конец). Каждый канал, как правило, отделен от расположенного рядом или соседнего канала стенкой. Стенка содержит пористый материал или состоит, по существу, из пористого материала. Такие пористые материалы хорошо известны в данной области техники.
Если говорить в общем, фильтровальная основа содержит множество впускных каналов и множество выпускных каналов. Каждый впускной канал имеет открытый конец на первом конце основы и закрытый (например, заблокированный или закупоренный) конец на втором конце основы (т.е., второй конец является противоположным первому концу), и каждый выпускной канал имеет закрытый (заблокированный или закупоренный) конец на упомянутом первом конце основы и открытый конец на упомянутом втором конце основы.
В фильтровальной основе каждый канал, имеющий открытый на первом конце основы и закрытый конец на втором (т.е., противоположном) конце основы, как правило, находится рядом с каналом, имеющим закрытый конец на упомянутом первом конце основы и открытый конец на упомянутом втором (т.е., противоположном) конце основы. Каналы сообщаются через стенку (например, через пористый материал) основы с возможностью перемещения текучей среды.
Стенка, как правило, имеет толщину 0,002-0,1 дюйма (0,05-2,54 мм), для примера, 0,005-0,050 дюйма (0,12-1,27 мм), в частности, 0,010-0,025 дюйма (0,25-0,64 мм).
Как правило, каналы в фильтровальной основе имеют чередующиеся закрытые (например, заблокированные или закупоренные) и открытые концы. Таким образом, каждый впускной канал может находиться рядом с выпускным каналом, и каждый выпускной канал может находиться рядом с впускным каналом. Если смотреть с любого конца фильтровальной основы, каналы могут иметь вид шахматной доски.
Однако фильтровальная основа может иметь впускной канал (т.е., "первый" впускной канал), который находится рядом с другим впускным каналом (т.е., "вторым" впускным каналом) и, возможно, с выпускным каналом, например, "первым" выпускным каналом и/или "вторым" выпускным каналом. Фильтровальная основа может иметь выпускной канал (т.е., "первый" выпускной канал), который находится рядом с другим выпускным каналом (т.е., "вторым" выпускным каналом) и, возможно, с впускным каналом, например, "первым" впускным каналом и/или "вторым" впускным каналом.
Фильтровальная основа может иметь от 100 до 700 ячеек (или "каналов") на квадратный дюйм (cpsi) (на 645,16 мм2), в частности, 250-400 cpsi.
Жидкость может представлять собой раствор или суспензию. Суспензия может быть коллоидной суспензией, например, золем, или неколлоидной суспензией. Когда жидкость является раствором или суспензией, она может представлять собой водный раствор или водную суспензию. Как правило, жидкость представляет собой суспензию, в частности, водную суспензию.
Термин "жидкость" в том виде, как он здесь используется, является синонимом термина "покрытия для обеспечения пористого слоя".
Как правило, жидкость содержит каталитический компонент. Выражение "каталитический компонент" подразумевает любой компонент, который может быть включен в покрытия для обеспечения пористого слоя и который повышает активность получаемого в результате устройства для контроля выбросов, такой как металл платиновой группы (PGM), материал-подложка (например, огнеупорный оксид) или цеолит. Необходимо понимать, что термин "каталитический компонент" не требует, чтобы сам по себе компонент имел каталитическую активность в строгом значении термина "катализатор" (например, увеличивающий скорость реакции). Например, каталитический компонент может представлять собой материал, который способен хранить или поглощать NOx или углеводород. Жидкости, содержащие каталитический компонент, известны специалистам в данной области техники. Каталитический компонент (компоненты), включаемые в жидкость, будут определяться изделием, которое должно быть изготовлено.
Фильтровальная основа с нанесенным покрытием (или изделие), получаемая при помощи способа, соответствующего изобретению, или с использованием устройства, соответствующего изобретению, может, например, представлять собой фильтровальную основу, содержащую катализатор окисления (например, катализированный противосажевый фильтр (CSF)), катализатор, обеспечивающий избирательное каталитическое восстановление (SCR) (тогда, например, изделие может называться фильтром с катализатором, обеспечивающим избирательное каталитическое восстановление (SCRF™)), состав на основе адсорбента NOx (тогда, например, изделие может называться фильтром с улавливанием обедненного NOx (LNTF)), состав на основе катализатора тройного действия (тогда, например, изделие может называться фильтром твердых частиц для бензиновых двигателей (GPF)), катализатор, предотвращающий проскок аммиака (ASC), или комбинацию двух или более из них (например, фильтровальная основа, содержащая катализатор, обеспечивающий избирательное каталитическое восстановление (SCR), и катализатор, предотвращающий проскок аммиака (ASC)).
В дополнение к "каталитическому компоненту", жидкость может дополнительно содержать "средство задания характеристик". Термин "средство задания характеристик" относится к компоненту, который включается в жидкость для модификации ее химических или физических свойств с целью нанесения в качестве покрытия на фильтровальную основу. Средство задания характеристик, например, может способствовать дисперсии каталитического компонента в жидкости или изменению вязкости жидкости. Средство задания характеристик может не присутствовать в готовом изделии в виде фильтровальной основы с нанесенным покрытием. (например, оно может разлагаться или распадаться во время обжига). Средство задания характеристик, например, может представлять собой кислоту, щелочь, загуститель (например, в виде органического соединения) или связку.
Необходимо понимать, что тип покрытия (например, "на стенке" или "в стенке"), который получается, будет зависеть от множества факторов, например, вязкости жидкости, пористости фильтровальной основы (т.е., пористости пористого материала, который образует стенки фильтровальной основы) и распределения по размеру частиц твердых веществ, диспергированных в жидкости. Условия процесса также влияют на тип покрытия, которое получается. Однако, если говорить в общем, в соответствии с первым аспектом изобретения для фильтровальной основы можно получить покрытие, по существу, "в стенке", и в соответствии со вторым аспектом изобретения для фильтровальной основы можно получить покрытие, по существу, "на стенке".
При использовании изобретения можно успешным образом наносить покрытия на фильтровальные основы с применением жидкостей (например, составов washcoat), имеющих относительно низкую вязкость.
Как правило, жидкость может иметь вязкость ≤ 600 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин).
В общем случае жидкость имеет вязкость от 5 сП до 600 сП, для примера, 10-600 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин). Так, жидкость может иметь вязкость 10-500 сП, для примера, 15-250 сП (например, 50-200 сП) и предпочтительно 20-50 сП.
Например, жидкость может иметь вязкость ≤ 500 сП (при скорости сдвига 20 с-1, как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV DVII+ Pro с использованием шпинделя SC4-27). Жидкость может иметь вязкость 10-500 сП, предпочтительно 25-400 сП, и более предпочтительно 50-200 сП.
Жидкость может иметь вязкость ≤ 80 сП (при скорости сдвига 66 с-1, как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV DVII+ Pro с использованием шпинделя SC4-27).
В частности, во втором аспекте изобретения может оказаться предпочтительным, чтобы жидкость имела вязкость от 5 до 100 сП, для примера, 10-100 сП, в частности, 20-90 сП, предпочтительно 25-80 сП и еще более предпочтительно 35-65 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин).
Жидкость, используемая в первом аспекте изобретения, может иметь более высокую вязкость, чем жидкость, используемая во втором аспекте изобретения.
Во втором аспекте изобретения жидкость имеет вязкость, которая позволяет ей постепенно вытекать в фильтровальную основу под действием силы тяжести.
В общем случае жидкость, в частности, во втором аспекте изобретения, может не содержать загустителя. Во многих случаях нет необходимости модифицировать вязкость жидкости для использования во втором аспекте изобретения.
Если говорить в общем, изобретение включает введение заданного количества жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы. Верхний конец фильтровальной основы предпочтительно представляет собой поверхность верхнего конца фильтровальной основы.
Заданное количество может представлять собой заданный объем и/или заданную массу жидкости. Предпочтительно, чтобы это заданное количество было заданным объемом.
Как правило, заданное количество представляет собой одну дозу жидкости.
Этап (а) способа, соответствующего изобретению, в общем случае может представлять собой этап (а) введения заданного количества жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы, с использованием головки для дозирования жидкости. Как правило, головка для дозирования жидкости выполнена с возможностью выдачи заданного количества жидкости в средство содержания на верхний конец фильтровальной основы.
Предпочтительно, чтобы этап (а) представлял собой этап (а) помещения заданного количества жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы, более предпочтительно - с использованием головки для дозирования жидкости.
В общем случае головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий для выдачи, предпочтительно - помещения, жидкости на верхний конец фильтровальной основы. Множество отверстий предпочтительно выполнено с возможностью выдачи или помещения жидкости на поверхность верхнего конца фильтровальной основы. Более предпочтительно, множество отверстий выполнено с возможностью помещения жидкости на поверхность верхнего конца фильтровальной основы с ее равномерным распределением.
Головка для дозирования жидкости может представлять собой душевую головку. Душевая головка, в частности, для второго аспекта изобретения, должна быть выполнена с возможностью равномерно распределять жидкость по поверхности верхнего конца фильтровальной основы без возникновения капель (например, когда жидкость имеет низкую вязкость) или без блокирования (например, когда жидкость имеет высокую вязкость).
Если головка для дозирования жидкости, или душевая головка, содержит множество отверстий, выполненных с возможностью помещения жидкости на поверхность верхнего конца фильтровальной основы с равномерным распределением, тогда, предпочтительно, это множество отверстий является множеством круглых отверстий, более предпочтительно, отверстия из этого множества круглых отверстий имеют одинаковый диаметр (например, все круглые отверстия имеют одинаковый диаметр). Может не возникнуть необходимость в использовании головки для дозирования жидкости, имеющей отверстия с несколькими разными диаметрами (которая может использоваться с покрытиями для обеспечения пористого слоя с высокой вязкостью) для получения неизменной глубины покрытия.
Если говорить в общем, упомянутое множество отверстий для помещения жидкости на поверхность верхнего конца фильтровальной основы с равномерным распределением может представлять собой единственно имеющиеся отверстия в головке для дозирования жидкости или душевой головке, предназначенные для помещения жидкости на поверхность верхнего конца фильтровальной основы.
Как правило, головка для дозирования жидкости связана со средством выдачи жидкости. Средство выдачи жидкости может быть разработано с использованием общеизвестных принципов. Например, на рынке предлагаются машины, способные с высокой точностью дозировать жидкости по объему или весу, например, которые используются для наполнения в пищевой или лакокрасочной промышленности. Эти машины способны работать с жидкостями, имеющими множество различных вязкостей и реологий.
Средство выдачи жидкости может выдавать заданное количество жидкости, предпочтительно - из емкости (например, емкости для содержания большого количества или большого объема жидкости). В емкости время от времени можно осуществлять перемешивание или пополнение. Так как устройство обеспечивает точно отмеренные количества, и повторной обработки жидкости не происходит, количество и химический состав жидкости остаются постоянными, и потери уменьшаются.
Отличительная особенность устройства связана с введением заданного количества в средство содержания у верхнего конца фильтровальной основы. Средство содержания в общем случае выполнено с возможностью его расположения у верхнего конца фильтровальной основы (т.е., фильтровальной основы, на которую должно быть нанесено покрытие), предпочтительно - у поверхности верхнего конца фильтровальной основы.
Средство содержания предназначено для содержания и/или расположения жидкости на верхнем конце фильтровальной основы, предпочтительно - на поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Средство содержания предназначено для содержания и/или расположения жидкости на всей поверхности верхнего конца фильтровальной основы или на части поверхности верхнего конца фильтровальной основы.
Как правило, средство содержания предназначено для содержания и/или расположения жидкости, по существу, на всей или абсолютно на всей поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Выражение "по существу, на всей" в этом контексте относится, по меньшей мере, к 95% площади поверхности верхнего конца фильтровальной основы, предпочтительно - по меньшей мере, к 99% площади поверхности верхнего конца фильтровальной основы.
Если средство содержания предназначено для содержания и/или расположения жидкости на части поверхности верхнего конца фильтровальной основы, то средство содержания может иметь шаблон, который покрывает зону или зоны поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Шаблон предназначен для предотвращения протекания жидкости в зону или зоны поверхности верхнего конца фильтровальной основы и, таким образом, предотвращения поступления жидкости в какие-либо каналы, имеющие открытые концы в этой зоне или зонах. Шаблон выполнен такой формы, чтобы он покрывал или загораживал зону или зоны поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Это позволяет изготавливать фильтровальные основы, в которых, например, на периферийную часть каналов жидкость не наносилась, или фильтровальные основы, имеющие области, покрытые составами washcoat с разным химическим составом и/или разной концентрацией компонентов.
Шаблон можно располагать на поверхности верхнего конца фильтровальной основы. В предпочтительном случае шаблон может контактировать с поверхностью верхнего конца фильтровальной основы.
Средство содержания, как правило, имеет корпус, предназначенный для приема верхнего конца фильтровальной основы. Не все фильтровальные основы имеют обычное круглое поперечное сечение, и некоторые могут иметь овальное сечение или сечение в виде гоночной трассы, искаженное овальное или другое асимметричное поперечное сечение. Каким бы ни было поперечное сечение фильтровальной основы, можно выбрать корпус подходящей формы для приема фильтровальной основы, используя обычные способы или методики.
Как правило, средство содержания или его корпус имеют стенку или множество стенок. Эта стенка или стенки могут контактировать, или выполнены с возможностью контакта, с верхним концом фильтровальной основы, предпочтительно - поверхностью верхнего конца фильтровальной основы, более предпочтительно - периферией поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Стенка или стенки обеспечивают барьер, который предотвращает протекание жидкости с поверхности верхнего конца фильтровальной основы на внешнюю боковую поверхность этой основы.
Стенка или стенки в общем случае могут соответствовать (например, могут быть согласованы или выполнены с возможностью согласования с ней) форме сечения фильтровальной основы в осевой плоскости (т.е., поперечной плоскости, если смотреть от поверхности конца фильтровальной основы).
Стенка может быть изготовлена из обычных материалов. Для примера, стенка может содержать пластик (например, полипропилен или PTFE (PolyTetraFluoroEthylene - политетрафторэтилен), металл (например, нержавеющую сталь или нержавеющую сталь, покрытую политетрафторэтиленом) или керамику. Можно использовать комбинации разных материалов.
Предпочтительно, чтобы средство содержания имело средство уплотнения. Средство уплотнения предназначено для предотвращения протекания жидкости с поверхности верхнего конца фильтровальной основы на внешнюю боковую поверхность этой основы, например, при создании вакуума. Средства уплотнения могут иметь корпус средства содержания, либо его стенка или стенки.
Средство уплотнения может содержать деформируемое, проницаемое основание, либо, по меньшей мере, одну надувную манжету (или состоять из них). Предпочтительно, чтобы средство уплотнения содержало, по меньшей мере, одну надувную манжету.
Надувная манжета или каждая из надувных манжет, как правило, могут контактировать (т.е., выполнены с возможностью контакта) и/или могут сопрягаться (т.е., выполнены с возможностью сопряжения) с внешней поверхностью основы, предпочтительно - внешней поверхностью на верхнем конце основы.
Надувная манжета или каждая из надувных манжет могут быть выполнены с возможностью контакта и/или сопряжения с внешней поверхностью фильтровальной основы в горизонтальной плоскости (т.е., осевой плоскости). Надувная манжета или надувные манжеты могут быть выполнены с возможностью контакта и/или сопряжения с частью внешней поверхности фильтровальной основы или с возможностью полного окружения этой поверхности в горизонтальной плоскости (например, внешней поверхности боковой стороны основы). Для примера, если фильтровальная основа имеет круглое поперечное сечение (например, в осевой плоскости), то надувная манжета или надувные манжеты могут быть выполнены с возможностью контакта и/или сопряжения с дуговой областью или всей окружностью внешней поверхности фильтровальной основы в горизонтальной плоскости. Предпочтительно, чтобы надувная манжета или надувные манжеты были выполнены с возможностью контакта и/или сопряжения с внешней поверхностью фильтровальной основы по всему ее периметру.
Как правило, надувная манжета или каждая из надувных манжет могут быть согласованы с внешней поверхностью основы. Надувная манжета или каждая из надувных манжет могут создавать уплотнение, непроницаемое для жидкости или воздуха, вокруг фильтровальной основы. Надувная манжета позволяет приспосабливать устройство под изменения в диаметре или окружности фильтровальной основы. Если покрытие должно быть нанесено во все каналы, имеющие открытый конец на верхнем конце фильтровальной основы, может отсутствовать возможность обеспечить уплотнение на поверхности верхнего конца фильтровальной основы. Соответственно может быть обеспечено подходящее уплотнение на внешней боковой стороне у верхнего конца фильтровальной основы, чтобы сделать возможной выдачу жидкости на всю поверхность верхнего конца фильтровальной основы.
Предпочтительно, чтобы средство уплотнения содержало только одну надувную манжету или, по меньшей мере, две надувных манжеты (более предпочтительно - только две надувных манжеты), причем каждая надувная манжета предназначена для контакта и/или сопряжения с внешней поверхностью основы, более предпочтительно - внешней поверхностью у верхнего конца основы.
Опорой надувной манжете или каждой из надувных манжет может служить корпус (например, внутренняя стенка корпуса) и, в предпочтительном случае, эти манжеты проходят во внутреннее пространство корпуса.
Средство содержания может иметь проницаемое основание для создания контейнера или хранилища для жидкости. Проницаемое основание может примыкать к стенке или стенкам средства содержания. Проницаемое основание позволяет перемещать жидкость на поверхность верхнего конца фильтровальной основы. Проницаемое основание или его часть могут быть подвижными на манер гильотины, ирисовой диафрагмы или затвора. Проницаемое основание может представлять собой перфорированную металлическую пластину, пористую металлическую пластину, спеченную металлическую губку, тканый материал, нетканый материал лили синтетическую пену с открытыми порами.
В общем случае этап (а) способа, соответствующего изобретению, может содержать этап (а1) расположения средства содержания у верхнего конца фильтровальной основы и затем этап (а2) введения заданного количества жидкости в средство содержания (т.е., у верхнего конца фильтровальной основы). Этап (а) способа в предпочтительном случае содержит этап (а0) поддерживания фильтровальной основы в вертикальном положении, более предпочтительно - поддерживания фильтровальной основы в вертикальном положении у нижнего конца фильтровальной основы, этап (а1) расположения средства содержания у верхнего конца фильтровальной основы, и затем этап (а2) введения заданного количества жидкости в средство содержания (т.е., у верхнего конца фильтровальной основы).
Устройство, соответствующее изобретению, может дополнительно содержать средство поддерживания основы или держатель основы.
Преимуществом изобретения является то, что, по существу, вся жидкость удерживается внутри фильтровальной основы. Это может гарантировать, что не будет значительных излишков жидкости, которые необходимо переработать, и что можно получить равномерное распределение в соответствии с требуемыми расположением или структурой покрытия. Особым преимуществом изобретения является то, что можно очень хорошо контролировать использование дорогостоящих компонентов покрытия для обеспечения пористого слоя (например, драгоценных металлов), и нет большой необходимости в содержании этих компонентов сверх заданного количества для того, чтобы учесть изменения в ходе процесса.
Как правило, этап (b) способа содержит покрытия каналов, имеющих открытые концы, на верхнем конце фильтровальной основы, жидкостью из средства содержания, и удержание, по существу, всей жидкости внутри фильтровальной основы. Предпочтительно, чтобы этап (b) содержал покрытия каналов, имеющих открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, жидкостью из средства содержания, и удержание, по существу, всей жидкости внутри фильтровальной основы без переработки жидкости. Выражение "по существу, вся" в этом контексте означает, по меньшей мере, 99% заданного количества жидкости, предпочтительно - по меньшей мере, 99,5% заданного количества жидкости и более предпочтительно - все заданное количество жидкости (т.е., 100%).
В общем случае способ, соответствующий изобретению, может содержать этап (с) сушки фильтровальной основы, предпочтительно - для высыхания жидкости на фильтровальной основе, более предпочтительно - без переворачивания фильтровальной основы.
Этап (с) может содержать этап (с1) сушки фильтровальной основы, предпочтительно - для высыхания жидкости на фильтровальной основе, более предпочтительно - без переворачивания фильтровальной основы, и затем этап (с2) обжига фильтровальной основы, предпочтительно - без ее переворачивания.
Этап (с) или этапы (с1) и (с2) следуют за этапом (b). Фильтровальная основа может быть просушена при 100°С - 200°С (например, в течение 5-60 минут, в частности, 10-30 минут). Этап сушки может выполняться для закрепления жидкости на основе.
Способ, соответствующий первому аспекту изобретения, включает этап (b) создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы. Устройство, соответствующее первому аспекту изобретения, содержит средство создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы. В способе, соответствующем первому аспекту изобретения, этап (b) может содержать этап (b) создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы с использованием средства создания вакуума.
В общем случае этап (b) по первому аспекту содержит этап (b) создания вакуума на открытых концах каналов на нижнем конце фильтровальной основы. Таким образом, этап (b) содержит этап (b) создания вакуума на открытых концах каналов на нижнем конце фильтровальной основы для покрытия каналов, имеющих открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, жидкостью из средства содержания.
Этап (b) может содержать этап (b) непрерывного создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы, предпочтительно - до тех пор, пока средство содержания не станет, по существу, пустым. Выражение "по существу, пустое" в этом контексте означает средство содержания, содержащее менее 1% заданного количества жидкости, предпочтительно - менее 0,5% заданного количества жидкости.
Вакуум предназначен для затягивания, по существу, всей жидкости в фильтровальную основу. Выражение "по существу, вся" в этом контексте означает, по меньшей мере, 99% заданного количества жидкости, предпочтительно, по меньшей мере, 99,5% заданного количества жидкости и более предпочтительно - все заданное количество жидкости (т.е., 100%). В дополнение к затягиванию, по существу, всей жидкости в фильтровальную основу, вакуум, как правило, гарантирует, что жидкость.
В общем случае вакуум составляет от -0,5 до -50 кПа (относительно атмосферного давления), в частности, от -1 до -30 кПа и предпочтительно от -5 до -20 кПа (например, вакуум, созданный в фильтровальной основе).
Вакуум может постоянно поддерживаться в течение 0,25-15 секунд, для примера, 0,5-10 секунд, предпочтительно 1-7,5 секунд (например, 2-5 секунд).
Если говорить в общем, высокие уровни вакуума и/или более длительные периоды поддержания вакуума приводят к получению большей доли покрытия "в стенке".
Способ, соответствующий первому аспекту изобретения, может содержать этап (b1) создания уплотняющего сопряжения между нижним концом фильтровальной основы и средством создания вакуума, и затем этап (b2) создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы с использованием средства создания вакуума.
Средство создания вакуума, как правило, содержит воронку, например, конус свободного протекания. Воронка или конус свободного протекания в общем случае имеют конец, предназначенный для приема нижнего конца фильтровальной основы.
Средство создания вакуума может дополнительно содержать уплотнение для создания уплотняющего сопряжения с нижним концом основы. Уплотнение может находиться на конце (например, более широком конце) воронки или конуса свободного протекания.
Как правило, средство создания вакуума содержит генератор вакуума, например, вакуумный насос. Генератор вакуума может быть соединен с воронкой или конусом свободного протекания посредством канала.
В способе, соответствующем первому аспекту изобретения, этап (а) может содержать этап (а3) удержания жидкости в средстве содержания, в частности, удержания заданного количества жидкости в средстве содержания, в течение периода покоя. Период покоя это период времени, который начинается, когда заданное количество жидкости введено (т.е., полностью введено) в средство содержания, и заканчивается, когда на нижнем конце фильтровальной основы создается вакуум.
Период покоя может составлять, по меньшей мере, 0,25 секунды, предпочтительно, по меньшей мере, 0,5 секунды, для примера, по меньшей мере, 1 секунду. Если говорить в общем, период покоя не превышает 5 секунд, для примера, не превышает 3,5 секунды, и предпочтительно не превышает 2 секунд. Более продолжительные периоды времени выравнивания уровня жидкости увеличивают общее время, которое затрачивается на нанесение покрытия на фильтровальную основу (т.е., длительность цикла), что нежелательно при производстве таких изделий в промышленных масштабах.
В общем случае этапу (b) или этапу (b2) способа предшествует этап (а3). Если способ содержит этапы (а0), (а1) или (а2), то за этапом (а2) следует этап (а3). Если способ содержит этап (b1), то этап (а3) может выполняться до, после или одновременно с этапом (b1). Предпочтительно, чтобы этап (а3) следовал за этапом (b1).
Способ, соответствующий второму аспекту изобретения, включает этап (b) обеспечения вытекания жидкости из средства содержания в фильтровальную основу. В общем случае этап (b) содержит этап (b) обеспечения вытекания жидкости под действием силы тяжести (т.е., только под действием силы тяжести) из средства содержания в фильтровальную основу.
Предпочтительно, чтобы этап (b) содержал этап (b) обеспечения вытекания жидкости из средства содержания в фильтровальную основу без создания вакуума (например, на нижнем конце фильтровальной основы, для примера - на открытых концах каналов на нижнем конце фильтровальной основы). В более предпочтительном случае этап (b) содержит этап (b) обеспечения вытекания жидкости из средства содержания в фильтровальную основу без создания вакуума и без создания давления на верхнем конце фильтровальной основы. Давление можно было бы, например, приложить путем воздействия подаваемым газом (например, воздухом) на жидкость, находящуюся в средстве содержания, или путем механического приложения давления к жидкости, находящейся в средстве содержания.
Первый аспект изобретения с выгодой можно использовать для получения фильтровальной основы с покрытием "в стенке", в то время как второй аспект изобретения с выгодой можно использовать для получения фильтровальной основы с покрытием "на стенке". Необходимо понимать, что указание покрытия "в стенке" подразумевает, что большая часть покрытия присутствует в стенке, а не на ее поверхности. Аналогичным образом, необходимо понимать, что указание покрытия "на стенке" подразумевает, что большая часть покрытия находится на поверхности стенки (например, как мембрана), а не внутри самой стенки, для примера - в порах стенки.
Во втором аспекте изобретения глубина покрытия из жидкости определяется заданным количеством жидкости, которое используется. Жидкости нужно дать возможность вытекать в фильтровальную основу в течение времени, достаточного для того, чтобы сделать возможной полную диффузию, в результате чего получается требуемая глубина покрытия.
В первом или втором аспектах изобретения фильтровальная основа может иметь пористость 40% - 75%, для примера, 45% - 70% (например, 45% - 65%) или 50% - 60%. Средний размер пор можно определять с использованием ртутной порометрии в соответствии с обычными способами. Основы с высокой пористостью могут быть подвержены разрушению во время процессов нанесения покрытия. Если сравнивать с существующими способами, способы, соответствующие изобретению, снижают до минимума вероятность разрушения основы, так как при выполнении этих способов с основой производятся минимальные манипуляции.
В первом или втором аспектах изобретения, в частности, в его первом аспекте, фильтровальная основа или ее стенки имеют средний размер пор 10-25 мкм, для примера, 12-20 мкм.
Фильтровальная основа может иметь распределение размеров пор от 0,35 до 0,60, для примера, 0,40-0,55 (например, если распределение размеров пор представлено в виде 
). Если фильтровальная основа имеет узкое распределение размеров пор, трудно получить как (i) равномерное распределение покрытия для обеспечения пористого слоя по длине каналов основы, так и (ii) неизменный профиль покрытия в поперечном сечении основы. Думается, это связано с сильными капиллярными силами, которые затягивают покрытие для обеспечения пористого слоя в стенки каналов до того, как этот состав может пройти по длине канала. Преимущество изобретения заключается в том, что можно изготавливать основы с нанесенным покрытием, имеющие как (i), так и (ii), когда используется основа, имеющая узкое распределение размеров пор.
Может оказаться предпочтительным (в первом или втором аспектах изобретения), чтобы фильтровальная основа имела диаметр (например, при круглом поперечном сечении), который больше или равен 8 дюймам (203,2 мм). Если фильтровальная основа имеет эллиптическое поперечное сечение, то предпочтительно, чтобы она имела площадь эллиптического поперечного сечения, которая больше или равна 50,27 кв. дюймов (0,032 м2).
Жидкость, используемая в первом или втором аспектах изобретения, предпочтительно представляет собой каталитический состав для обеспечения пористого слоя. Каталитический состав для обеспечения пористого слоя предпочтительно имеет химический состав ловушки углеводородов, химический состав катализатора тройного действия (TWC), химический состав адсорбента NOx, химический состав катализатора окисления, химический состав катализатора, обеспечивающего избирательное каталитическое восстановление (SCR), химический состав катализатора обедненного NOx или химический состав катализатора, предотвращающего проскок аммиака (ASC). Такие химические составы каталитических покрытий для обеспечения пористого слоя хорошо известны в данной области техники.
В первом или втором аспектах изобретения жидкость может содержать частицы (например, частицы материала-подложки), причем, по меньшей мере, 90% частиц имеют размер (т.е., основной размер) более 0,4 мкм. В предпочтительном случае, по меньшей мере, 90% частиц имеют размер более 0,5 мкм, более предпочтительно более 1 мкм и еще более предпочтительно более 2 мкм.
В первом или втором аспектах изобретения жидкость может содержать частицы (например, частицы материала-подложки), причем, по меньшей мере, 90% частиц имеют размер (т.е., основной размер частиц) менее 25 мкм. В предпочтительном случае, по меньшей мере, 90% частиц имеют размер менее 20 мкм, более предпочтительно менее 15 мкм, и еще более предпочтительно менее 10 мкм.
В первом аспекте изобретения жидкость предпочтительно имеет химический состав катализатора тройного действия (TWC).
Во втором аспекте изобретения жидкость предпочтительно имеет химический состав катализатора окисления или химический состав катализатора SCR, более предпочтительно, жидкость имеет химический состав катализатора SCR.
В общем случае жидкость может содержать загуститель. Загуститель может быть включен для обеспечения вязкости жидкости, чтобы либо сделать возможным ее постепенное вытекание в фильтровальную основу, либо сделать так, что она будет находиться сверху фильтровальной основы до тех пор, пока не будет создан вакуум для ее затягивания в основу.
Изобретение можно использовать для нанесения покрытия на поверхность верхнего конца фильтровальной основы. При нанесении покрытия на поверхность верхнего конца фильтровальной основы, этап (b) в общем случае содержит нанесение из средства содержания покрытия в виде жидкости в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, до глубины 10% или менее, предпочтительно 5% или менее (например, 2,5% или менее) от осевой длины фильтровальной основы.
На фильтровальную основу, используемую в изобретении, (например, в первом или втором аспектах изобретения) может быть предварительно нанесено покрытие в виде первой жидкости, для примера - с верхнего конца или нижнего конца (предпочтительно - нижнего конца) фильтровальной основы. Нижний конец в этом контексте представляет собой противоположный конец основы (т.е., верхний конец), на который должно быть нанесено покрытие в соответствии с изобретением.
Таким образом, способ может относиться к способу нанесения покрытия на фильтровальную основу с предварительно нанесенным покрытием, содержащую множество каналов, причем на фильтровальную основу с предварительно нанесенным покрытием было нанесено покрытие в виде первой жидкости с верхнего конца или нижнего конца (предпочтительно - с нижнего конца) фильтровальной основы, и этот способ содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество второй жидкости в средство содержания, расположенное у упомянутого верхнего/верхнего конца фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием; и
(b) наносят покрытие в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием, в виде второй жидкости из средства содержания.
Фильтровальная основа с предварительно нанесенным покрытием может иметь множество каналов, каждый с покрытием "на стенке" и/или покрытием "в стенке".
В принципе, для получения фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием можно было бы использовать любой способ. Предпочтительно, чтобы для получения фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием использовались способ, соответствующий изобретению, или устройство, соответствующее изобретению.
Если фильтровальная основа имеет покрытие, нанесенное в соответствии с изобретением, тогда покрытие на нее можно наносить с противоположного конца, для примера - с использованием способа, соответствующего изобретению. Таким образом, изобретение относится к способам нанесения покрытия на фильтровальную основу с каждого конца (т.е., с первого конца и второго конца).
Итак, после этапа (с) способа (как для первого, так и для второго аспектов способа) на противоположный конец основы может быть нанесено второе покрытие. Способ, используемый для нанесения второго покрытия, может быть тем же или может отличаться от использованного для нанесения первого покрытия.
Согласно первому аспекту изобретения, также предлагается способ нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, который содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество первой жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы;
(b) создают вакуум на нижнем конце фильтровальной основы;
(с) сушат фильтровальную основу;
(d) переворачивают фильтровальную основу (например, содержащую первую жидкость);
(е) вводят заданное количество второй жидкости в средство содержания, расположенное у перевернутого нижнего конца фильтровальной основы; и
(f) создают вакуум на перевернутом верхнем конце фильтровальной основы.
Перевернутый нижний конец основы представляет собой верхний конец этой основы после того, как она перевернута. Аналогичным образом, перевернутый верхний конец основы представляет собой нижний конец этой основы после того, как она перевернута.
Этап (е) соответствует этапу (а) в первом аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше. Этап (f) соответствует этапу (b) в первом аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше.
Согласно первому аспекту изобретения, также предлагается способ нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, который содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество первой жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы;
(b) создают вакуум на нижнем конце фильтровальной основы;
(с) сушат фильтровальную основу;
(d) переворачивают фильтровальную основу (например, содержащую первую жидкость);
(е) вводят заданное количество второй жидкости в средство содержания, расположенное у перевернутого нижнего конца фильтровальной основы; и
(f) обеспечивают вытекание второй жидкости из средства содержания в фильтровальную основу.
Этап (е) соответствует этапу (а) во втором аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше. Этап (f) соответствует этапу (b) во втором аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше.
Второй аспект изобретения также относится к способу нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, который содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество первой жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы;
(b) обеспечивают вытекание первой жидкости из средства содержания в фильтровальную основу;
(с) сушат фильтровальную основу;
(d) переворачивают фильтровальную основу (например, содержащую первую жидкость);
(е) вводят заданное количество второй жидкости в средство содержания, расположенное у перевернутого нижнего конца фильтровальной основы; и
(f) обеспечивают вытекание второй жидкости из средства содержания в фильтровальную основу.
Этап (е) соответствует этапу (а) во втором аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше. Этап (f) соответствует этапу (b) во втором аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше.
Кроме того, согласно второму аспекту изобретения, предлагается способ нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, который содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество первой жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы;
(b) обеспечивают вытекание первой жидкости из средства содержания в фильтровальную основу;
(с) сушат фильтровальную основу;
(d) переворачивают фильтровальную основу (например, содержащую первую жидкость);
(е) вводят заданное количество второй жидкости в средство содержания, расположенное у перевернутого нижнего конца фильтровальной основы; и
(f) создают вакуум на перевернутом верхнем конце фильтровальной основы.
Этап (е) соответствует этапу (а) в первом аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше. Этап (f) соответствует этапу (b) в первом аспекте изобретения или тому, что в общем указано выше.
Если говорить в общем, этап переворачивания фильтровальной основы представляет собой этап поворота основы на 180°. После переворачивания основы открытые концы каналов, которые первоначально находились на нижнем конце основы, будут находиться на ее верхнем конце. Вторая жидкость будет вводиться с открытых концов каналов, которые находились на нижнем конце основы до переворачивания.
Первая жидкость и вторая жидкость могут быть идентичными (т.е., иметь идентичный состав), либо могут различаться (т.е., иметь различный состав).
В описанных выше способах, соответствующих изобретению, этап (с) может содержать сушку фильтровальной основы для получения фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием. Предпочтительно, чтобы этап (с) содержал сушку фильтровальной основы для высыхания жидкости на фильтровальной основе и получения фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием.
Этап (с) может содержать этап (с1) сушки фильтровальной основы, предпочтительно - для высыхания жидкости на фильтровальной основе, и затем этап (с2) обжига фильтровальной основы для получения фильтровальной основы с предварительно нанесенным покрытием.
Устройство, соответствующее изобретению, в качестве необязательного варианта, может содержать средство переворачивания основы (например, средство переворачивания фильтровальной основы, содержащей первую жидкость).
Определения
Термин "заданное количество" в том виде, как он здесь используется, относится к суммарному количеству жидкости, предназначенному для введения в основу, которого достаточно для получения конкретной характеристики изделия, для примера - требуемой спецификации покрытия. Количество является "заданным" в том смысле, что оно является "заранее отмеренным". Для нахождения суммарного количества жидкости, которое необходимо для достижения требуемых характеристик изделия, могут быть проведены стандартные эксперименты в режиме офлайн. Такие заданные количества можно легко определить, и они могут быть известны в результате использования других способов или устройств для нанесения покрытий на основы в данной области техники (например, см. документы WO 99/47260 и WO 201 1/080525).
Термин "одна доза" в том виде, как он здесь используется, относится к количеству жидкости, наносимому в качестве покрытия на одну основу, как правило, для соответствия требуемой спецификации изделия.
Любое упоминание "вакуума" в том виде, как оно здесь используется, относится к давлению, которое ниже атмосферного давления. Термин "вакуум" не должен интерпретироваться в его дословном смысле как пространства, которое полностью лишено материи. Уровень вакуума, который создается в основе, будет зависеть от химического состава жидкости и типа основы, который используется. Вакуум должен быть достаточно сильным, чтобы очистить ячейки основы таким образом, чтобы там не было препятствий. Такие уровни вакуума или пониженные давления хорошо известны в данной области техники.
Любое упоминание "основы" в том виде, как оно здесь используется, вне зависимости от того, какая это основа - "фильтровальная основа" или "основа со сквозным протеканием", предполагает цельную основу (например, цельная фильтровальная основа или цельная основа со сквозным протеканием).
Термин "по существу, на стенке" в том виде, как он здесь используется при указании покрытия, относится к фильтровальной основе, для которой жидкость, содержащая каталитический компонент, нанесена на поверхность стенки (т.е., стенки фильтровальной основы) таким образом, что > 50% каталитического компонента находится на поверхности стенки, в частности, > 60% каталитического компонента, предпочтительно, > 70% каталитического компонента (например, > 80% каталитического компонента) и, более предпочтительно, > 90% каталитического компонента. Когда жидкость содержит множество каталитических компонентов, тогда, как правило, > 50% всех каталитических компонентов находится на поверхности стенки, в частности, > 60% всех каталитических компонентов, предпочтительно, > 70% всех каталитических компонентов (например, > 80% всех каталитических компонентов) и, более предпочтительно, > 90% всех каталитических компонентов.
Термин "по существу, в стенке" в том виде, как он здесь используется при указании покрытия, относится к фильтровальной основе, для которой жидкость, содержащая каталитический компонент, находится внутри стенки (например, пористого материала/пористой структуры стенки фильтровальной основы), таким образом, что > 50% каталитического компонента находится внутри стенки, в частности, > 60% каталитического компонента, предпочтительно, > 70% каталитического компонента (например, > 80% каталитического компонента) и, более предпочтительно, > 90% каталитического компонента. Когда жидкость содержит множество каталитических компонентов, тогда, как правило, > 50% всех каталитических компонентов находится внутри стенки, в частности, > 60% всех каталитических компонентов, предпочтительно, > 70% всех каталитических компонентов (например, > 80% всех каталитических компонентов) и, более предпочтительно, > 90% всех каталитических компонентов.
Количество покрытия "в стенке" или "на стенке" может быть определено с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM).
Примеры
Теперь изобретение будет проиллюстрировано при помощи приведенных далее примеров, которые не накладывают ограничений.
Пример 1
Изготовление фильтра твердых частиц для бензиновых двигателей (GPF)
Был приготовлен состав покрытия для обеспечения пористого слоя для фильтра твердых частиц для бензиновых двигателей. Вязкость покрытия для обеспечения пористого слоя была модифицирована путем добавления реологического модификатора для доведения вязкости покрытия для обеспечения пористого слоя до 38 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин). Состав покрытия для обеспечения пористого слоя был приготовлен таким образом, чтобы обеспечить его содержание 0,8 г/дюйм3 (4,88 × 10-5 г/мм3) и содержание PGM 25 г/фут3 (8,83 × 10-7 г/мм3). Распределение частиц по размерам для материала-подложки, который был диспергирован в жидкости, приведено ниже в Таблице 1.
Таблица 1
| D(v,0.1) | 1,44 мкм |
| D(v,0.5) | 5,21 мкм |
| D(v,0.9) | 16,3 мкм |
| D(v,0.98) | 26,52 мкм |
Размер частиц был измерен с использованием Malvern Mastersizer 2000 при помощи Лазерного дифракционного анализа размеров частиц, который является технологией измерения на основе объема (т.е., D(v,0.1), D(v,0.5), D(v,0.9) и D(v,0.98) также можно представить как Dv10, Dv50, Dv90 и Dv98, соответственно (или D10, D50, D90 и D98, соответственно) и в нем для определения распределения частиц по размерам применяется модель теории Ми. Разбавленные образцы покрытия для обеспечения пористого слоя были получены путем обработки ультразвуком в дистиллированной воде без поверхностно-активного вещества в течение 30 секунд при 35 Ваттах.
Состав покрытия для обеспечения пористого слоя был использован для нанесения на фильтровальную основу (основа NGK™ С650 4,66 дюйма × 4,5 дюйма (118,36 мм × 114,3 мм)) с глубиной покрытия 50% с применением устройства, показанного на Фиг.1. Объем 50% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы. Через 120 секунд после того, как в средство содержания был введен объем 50% дозы, на нижнем конце фильтровальной основы был создан вакуум -10 кПа.
После сушки и обжига фильтровальной основы с нанесенным покрытием, при помощи анализа методом сканирующей электронной микроскопии было определено, что на основе возникло покрытие, по существу, "в стенке". Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия из покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 57% осевой длины фильтровальной основы. Распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%.
Пример 2
Изготовление фильтра твердых частиц для бензиновых двигателей (GPF)
Был получен состав покрытия для обеспечения пористого слоя для фильтра твердых частиц для бензиновых двигателей, имеющий вязкость 33 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV с использованием шпинделя SC4-21 при 50 об/мин). Состав покрытия для обеспечения пористого слоя был приготовлен таким образом, чтобы обеспечить его содержание 0,4 г/дюйм3 (2,44 × 10-5 г/мм3)
Покрытие для обеспечения пористого слоя было использован для нанесения на фильтровальную основу (основа NGK™ С810 4,66 дюйма × 4,5 дюйма (118,36 мм × 114,3 мм)) с целевой глубиной покрытия 55% с применением устройства, показанного на Фиг.1. Объем 55% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы. После того, как в средство содержания был введен объем 55% дозы, на нижнем конце фильтровальной основы был создан вакуум -5 кПа.
Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 58% осевой длины фильтровальной основы. Распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%.
Пример 3
Изготовление катализированного противосажевого фильтра (CSF)
Был получен состав покрытия для обеспечения пористого слоя для катализированного противосажевого фильтра. Вязкость покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 49 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин). Состав покрытия для обеспечения пористого слоя был приготовлен таким образом, чтобы обеспечить его содержание 0,35 г/дюйм3 (2,13 × 10-5 г/мм3) и содержание PGM 2 г/фут3 (0,71 × 10-7 г/мм3).
Покрытие для обеспечения пористого слоя было использовано для нанесения на фильтровальную основу с глубиной покрытия 50% с применением устройства, показанного на Фиг.1, без создания вакуума. Объем 50% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы, и ему дали возможность вытечь в каналы фильтровальной основы или пропитать их.
После сушки и обжига фильтровальной основы с нанесенным покрытием при помощи анализа методом сканирующей электронной микроскопии было определено, что на основе возникло покрытие "на стенке".
Примеры 4 и 5
Изготовление катализированного противосажевого фильтра (CSF)
Для катализированного противосажевого фильтра, как показано ниже в Таблице 2, было получено два состава покрытия для обеспечения пористого слоя.
Таблица 2
| Пример № | Вязкость*, сП | Содержание покрытия для обеспечения пористого слоя |
| 4 | 5 | 0,245 г/дюйм3 (1,5 × 10-5 г/мм3) |
| 5 | 7 | 0,1 г/дюйм3 (0,61 × 10-5 г/мм3) |
* измерена при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV с использованием шпинделя SC4-21 при 50 об/мин
Покрытия для обеспечения пористого слоя из Примеров 4 и 5 были использованы для нанесения на фильтровальную основу (основа Ibiden™ SD091 143,8 мм × 129,5 мм) с применением устройства, показанного на Фиг.1.
В случае Примера 4, целевая глубина покрытия составляла 66%. Объем 66% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы. После того, как в средство содержания был введен объем 66% дозы, на нижнем конце фильтровальной основы был создан вакуум -5 кПа.
Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 65% осевой длины фильтровальной основы. Распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%.
В случае Примера 5, целевая глубина покрытия составляла 46%. Объем 46% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы. После того, как в средство содержания был введен объем 46% дозы, на нижнем конце фильтровальной основы был создан вакуум -5 кПа.
Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 48% осевой длины фильтровальной основы. Распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%.
Пример 6
Изготовление катализированного противосажевого фильтра (CSF) с использованием золя
Для катализированного противосажевого фильтра был получен состав покрытия для обеспечения пористого слоя, по типу относящийся к золю. Вязкость покрытия для обеспечения пористого слоя была модифицирована путем добавления реологического модификатора для доведения вязкости покрытия для обеспечения пористого слоя до 2200 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RVDV-E с использованием шпинделя #4 при скорости шпинделя 10 об/мин). Состав washcoat был приготовлен в виде золя таким образом, чтобы обеспечить содержание покрытия для обеспечения пористого слоя 0,18 г/дюйм3 (1,1 × 10-5 г/мм3) или 0,36 г/дюйм3 (2,2 × 10-5 г/мм3) и содержание PGM 0,7 г/фут3 (0,247 × 10-7 г/мм3). Распределение частиц по размерам для материала-подложки, который был диспергирован в жидкости, приведено ниже в Таблице 3.
Таблица 3
| D(v,0.1) | 0,084 мкм |
| D(v,0.5) | 0,122 мкм |
| D(v,0.9) | 0,175 мкм |
| D(v,0.98) | 0,210 мкм |
Покрытие для обеспечения пористого слоя было использовано для нанесения на основу (основа NGK™ 558HG 5,66 дюйма × 6 дюймов (143,76 мм × 152,4 мм)) с глубиной покрытия 50% с применением устройства, показанного на Фиг.1. Объем 50% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы.
После сушки и обжига фильтровальной основы с нанесенным покрытием, при помощи анализа методом сканирующей электронной микроскопии было определено, что на основе возникло покрытие, по существу, "в стенке". Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия из покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 55% осевой длины фильтровальной основы.
Пример 7
Изготовление катализированного противосажевого фильтра (CSF) с использованием золя
Был получен состав покрытия для обеспечения пористого слоя, по типу относящийся к золю, который имел вязкость 810 сП (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RVDV-E с использованием шпинделя #3 при скорости шпинделя 10 об/мин). Состав покрытия для обеспечения пористого слоя был приготовлен таким образом, чтобы обеспечить его содержание 0,193 г/дюйм3 (1,2 × 10-5 г/мм3).
Покрытие для обеспечения пористого слоя было использован для нанесения на фильтровальную основу (основа Ibiden™ SD091 143,8 мм × 129,5 мм) с целевой глубиной покрытия 55% с применением устройства, показанного на Фиг.1. Объем 55% дозы покрытия для обеспечения пористого слоя был выдан в средство содержания, расположенное над поверхностью верхнего конца фильтровальной основы. После введения объема 55% дозы в средство содержания, на нижнем конце фильтровальной основы был создан вакуум -20 кПа.
Было обнаружено, что средняя (среднее арифметическое значение) длина покрытия для обеспечения пористого слоя составляла 54% осевой длины фильтровальной основы. Распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%.
Примеры 8-10
Изготовление фильтра с катализатором, обеспечивающим избирательное каталитическое восстановление (SCRF ™)
Был получен ряд составов покрытий для обеспечения пористого слоя с катализатором SCR, включающих ванадий, как показано ниже в Таблице 4.
Таблица 4
| Пример № | Вязкость, сП | Содержание покрытия для обеспечения пористого слоя |
| 8 | 39* | 1,2 г/дюйм3 (7,32 × 10-5 г/мм3) |
| 9 | 104** | 1,6 г/дюйм3 (9,76 × 10-5 г/мм3) |
| 10 | 142** | 1,6 г/дюйм3 (9,76 × 10-5 г/мм3) |
* измерена при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV с использованием шпинделя SC4-21 при 50 об/мин
** измерена при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield LV с использованием шпинделя SC4-27 при 50 об/мин
Покрытия для обеспечения пористого слоя из Примеров 8-10 были использованы для нанесения на фильтровальные основы, которые перечислены ниже в Таблице 5, с применением устройства, показанного на Фиг.1. В каждом случае целевая глубина покрытия составляла 75%. В Таблице 5 приведены вакуум, который был создан, и глубина покрытия, которая была получена для каждой детали.
Таблица 5
| Пример № | Основа (NGK™) |
Размер основы | Вакуум, кПа | Средняя глубина полученного покрытия***, % |
| 8 | C611 | 12 × 10,5 дюймов (304,8 × 266,7 мм) |
-25 | 76 |
| 9 | C650 HG-13 | 10,5 × 12 дюймов (266,7 × 304,8 мм) |
-42 | 74 |
| 10 | C611 HG | 12 × 12 дюймов (304,8 × 304,8 мм) |
-55 | 73 |
*** распределение длин покрытия вокруг среднего значения составляло менее ±10%
Чтобы устранить неопределенность, полное содержание всех и каждого из указанных здесь документов этим упоминанием включено в настоящую заявку.
1. Способ нанесения покрытия на фильтровальную основу, содержащую множество каналов, где каждый канал имеет открытый конец и закрытый конец, причем способ содержит следующие этапы:
(а) вводят заданное количество жидкости в средство содержания, расположенное у верхнего конца фильтровальной основы с использованием головки для дозирования жидкости, причем головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий, выполненных с возможностью равномерного распределения жидкости по поверхности верхнего конца фильтровальной основы, и причем жидкость имеет вязкость ≤ 600 мПа·с, как измерено при 20°С при помощи вискозиметра BrookfieldТМ RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин; и
(b) покрывают каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы, заданным количеством жидкости из средства содержания посредством создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы для затягивания жидкости в каналы, имеющие открытые концы на верхнем конце фильтровальной основы.
2. Способ по п.1, в котором жидкость имеет вязкость ≤ 500 мПа·с (при скорости сдвига 20 с-1, как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27).
3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкость имеет вязкость 10-100 мПа·с (как измерено при 20°С при помощи вискозиметра Brookfield RV DVII+ Extra Pro с использованием шпинделя SC4-27 при скорости шпинделя 50 об/мин).
4. Способ по п.1, в котором заданное количество жидкости представляет собой заданный объем жидкости.
5. Способ по п.1, в котором заданное количество жидкости представляет собой одну дозу жидкости.
6. Способ по п.1, в котором средство содержания имеет средство уплотнения, предназначенное для предотвращения протекания жидкости с поверхности верхнего конца фильтровальной основы на внешнюю боковую поверхность фильтровальной основы, причем уплотняющее средство содержит по меньшей мере одну надувную манжету.
7. Способ по п.1, в котором средство содержания имеет шаблон, предназначенный для покрытия зоны или зон поверхности верхнего конца фильтровальной основы.
8. Способ по п.1, в котором жидкость представляет собой раствор или суспензию.
9. Способ по п.8, в котором жидкость представляет собой суспензию, которая представляет собой коллоидную суспензию.
10. Способ по п.1, в котором жидкость содержит каталитический компонент, который представляет собой металл платиновой группы (PGM), материал-подложку или цеолит.
11. Способ по п.1, в котором жидкость представляет собой каталитический состав для обеспечения пористого слоя, причем каталитический состав для обеспечения пористого слоя имеет химический состав ловушки углеводородов, химический состав катализатора тройного действия (TWC), химический состав адсорбента NOx, химический состав катализатора окисления, химический состав катализатора, обеспечивающего избирательное каталитическое восстановление (SCR), химический состав катализатора обедненного NOx или химический состав катализатора, предотвращающего проскок аммиака (ASC).
12. Способ по п.1, в котором фильтровальная основа имеет пористость 40-75%.
13. Способ по п.1, в котором фильтровальная основа или ее стенки имеют средний размер пор 10-25 мкм.
14. Способ по п.1, в котором фильтровальная основа имеет распределение размеров пор от 0,35 до 0,60.
15. Способ по п.1, в котором фильтровальная основа имеет диаметр, который больше или равен 20,32 см (8 дюймам).
16. Способ по п.1, в котором жидкость содержит частицы, причем по меньшей мере 90% частиц имеют размер более 0,4 мкм.
17. Способ по п.1, в котором жидкость содержит частицы, причем по меньшей мере 90% частиц имеют размер менее 25 мкм.
18. Устройство для нанесения покрытия в виде жидкости на фильтровальную основу, применяемое в способе по п.1, содержащее:
(i) средство содержания, предназначенное для приема заданного количества жидкости; и
(ii) головку для дозирования жидкости, установленную над верхним концом фильтровальной основы для выдачи заданного количества жидкости в средство содержания;
(iii) средство создания вакуума на нижнем конце фильтровальной основы;
причем средство содержания выполнено с возможностью расположения у верхнего конца фильтровальной основы и содержит корпус для приема верхнего конца фильтровальной основы, а головка для дозирования жидкости содержит множество отверстий для выдачи жидкости на верхний конец фильтровальной основы.
19. Устройство по п.18, в котором заданное количество жидкости представляет собой заданный объем жидкости.
20. Устройство по п.19, в котором заданное количество жидкости представляет собой одну дозу жидкости.
21. Устройство по любому из пп.18, 19 или 20, в котором средство содержания имеет средство уплотнения, предназначенное для предотвращения протекания жидкости с поверхности верхнего конца фильтровальной основы на внешнюю боковую поверхность фильтровальной основы, причем уплотняющее средство содержит по меньшей мере одну надувную манжету.
22. Устройство по любому из пп.18, 19 или 20, в котором средство содержания имеет шаблон, предназначенный для покрывания зоны или зон поверхности верхнего конца фильтровальной основы.
