(57)【要約】  ウォッシュコート組成物およびそれらの調製および使用方法。可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を含むウォッシュコート組成物を開示する。本発明のウォッシュコート組成物で少なくとも部分的にコーティングした基板についても開示する。可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を接触させる工程を有してなるウォッシュコート組成物を製造する方法を開示する。基板の少なくとも一部を本発明のウォッシュコート組成物と接触させる工程を有してなる、基板をウォッシュコートでコーティングする方法についても開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）可溶性のウォッシュコート塩種と、
（ｂ）極性有機溶媒と、
（ｃ）不溶性の微粒子材料と
を含むウォッシュコート組成物。
【請求項２】
前記不溶性の微粒子材料が酸化物であることを特徴とする請求項１記載のウォッシュコート組成物。
【請求項３】
前記不溶性の微粒子材料が酸化鉄を含むことを特徴とする請求項１記載のウォッシュコート組成物。
【請求項４】
前記可溶性のウォッシュコート塩種が、硝酸塩、ハロゲン化物、カルボン酸塩、またはそれらの組合せのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載のウォッシュコート組成物。
【請求項５】
前記極性有機溶媒が、エチレン・グリコール・モノエチルエーテル、エチレン・グリコール・モノメチルエーテル、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項１記載のウォッシュコート組成物。
【請求項６】
前記請求項１記載のウォッシュコート組成物で少なくとも部分的にコーティングした基板。
【請求項７】
前記基板がハニカム・モノリスであることを特徴とする請求項６記載の基板。
【請求項８】
可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を接触させる工程を有してなる、ウォッシュコート組成物を製造する方法。
【請求項９】
基板の少なくとも一部を請求項１記載のウォッシュコート組成物と接触させる工程を有してなる、基板をウォッシュコートでコーティングする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法によって生産される物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００８年２月２９日に出願した米国特許出願第１２／０７４，１００号明細書の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ウォッシュコート組成物およびそれらの製造ならびに使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
担持触媒材料は、典型的には、例えば、水素脱硫、水素化、メタン生成、メタノール合成、アンモニア合成、およびさまざまな石油化学プロセスなど、高分散触媒が必要とされる用途に利用されている。これらの用途では、ウォッシュコートは、高分散触媒を安定化するために、基板上の適切な表面に提供することを目的として用いることができる。
【０００４】
これらの担持触媒を製造するための従来の方法は、触媒金属を担体と共沈させて、例えば、アルミナ、セリア、またはチタニアなどの酸化物のハイドロゲルを生じる工程を有していた。このような従来の方法は、触媒層全体にわたる反応物質、または触媒層を通る反応物質の高スループットを可能にする材料は提供されていなかった。焼成後に得られる微粉末および、このような従来法によって生じる分散した触媒粒子は、多くの基板材料には簡単には適用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来法によって生成される材料は、良好な付着および凝集特性を有する触媒層を提供することができない。従来の触媒材料および方法に関連する前述の問題および他の欠点に対処することが必要とされている。本発明の触媒ウォッシュコート技術は、これらの必要性および他の必要性を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ウォッシュコート組成物およびそれらを調製および使用する方法に関する。本発明は、新規のウォッシュコート、および本発明のウォッシュコートを製造する方法、およびそれを基板に適用する方法の使用を通じて、上記問題に少なくともある程度対処する。
【０００７】
１つの態様では、本発明は、可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を含むウォッシュコート組成物を提供する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、上述のウォッシュコート組成物で少なくとも部分的にコーティングした基板を提供する。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、ウォッシュコート組成物を製造する方法を提供し、前記方法は、可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を接触させる工程を有してなる。
【００１０】
さらに別の態様では、本発明は、基板をウォッシュコート組成物でコーティングする方法を提供し、前記方法は、基板の少なくとも一部を上述のウォッシュコート組成物と接触させる工程を有してなる。
【００１１】
本発明のさらなる態様および利点は、一部には、詳細な説明および添付の特許請求の範囲に記載され、一部には、詳細な説明から得られるか、または本発明の実施によって習得することができる。下記の利点は、特に添付の特許請求の範囲において指摘される要素および組合せによって実現および達成されるであろう。前述の概要および後述する詳細な説明は、両方とも、典型例および単に説明のためであって、本発明が開示される通りに限定されないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、以下の詳細な説明、実施例、および特許請求の範囲、およびそれらの前後の説明を参照することにより、さらに容易に理解することができる。しかしながら、本発明に係る組成物、物品、および方法を開示および説明する前に、本発明が、他に特記しない限り、開示する特定の組成物、物品、および方法に限定されず、当然ながら、変化しうることが理解されるべきである。また、本明細書で用いられる技術用語は、特定の態様のみを説明する目的であって、限定されることは意図していないことも理解されるべきである。
【００１３】
本発明の以下の説明は、現在の既知の態様における本発明の可能な教示として提供される。このため、当業者は、本発明の有益な結果を得つつも、本明細書に記載される本発明のさまざまな態様には多くの変更がなされうることを認識し、理解するであろう。本発明の所望の利益の一部は、他の特徴を利用せずに、本発明の特徴の一部を選択することによって得られうることは明らかであろう。したがって、当業者は、本発明には多くの変更および適合が可能であり、特定の環境においてはそれが望ましくさえあり、本発明の一部であることを認識するであろう。よって、以下の説明は、本発明の原理の例証として提供されるのであって、それらに限定されない。
【００１４】
開示される方法及び組成物に使用可能な、開示される方法及び組成物と共に使用可能な、開示される方法及び組成物の調製に使用可能な、または、開示される方法及び組成物の製品でありうる、材料、化合物、組成物、および成分について開示する。これら及び他の材料も本明細書に開示され、これらの材料の組合せ、部分集合、相互作用、群などが開示される場合、各々の、さまざまな個別的または集団的な組合せ、及びこれらの化合物の順列についての具体的な言及が明白には開示されていなくても、各々は本明細書で特に意図され、記載されているということが理解されよう。この概念は、本開示の「すべての態様に適用され、限定はしないが、本開示の組成物の製造および使用方法における組成物およびステップの任意の成分が挙げられる。よって、行うことができるさまざまな追加のステップが存在する場合、これら追加のステップのそれぞれは、本開示の方法の態様の任意の特定の態様または組合せで行うことができ、これら組合せのそれぞれが明白に意図されており、開示されていると見なされるべきであることが理解されよう。
【００１５】
本明細書及び添付の請求の範囲では、以下の意味を有するものと定義されるべき多くの用語について言及されるであろう：
「随意的な」または「随意的に」は、その後に記載される事象または環境が生じても生じなくてもよく、また、その記載が、その事象または環境が生じる場合及び生じない場合の両方を含むことを意味する。例えば、「随意的な成分」という表現は、その成分が組成物中に存在していても存在していなくてもよく、本発明がその成分の存在および不存在の両方の態様を含むことを意味する。
【００１６】
範囲は、本明細書では、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表される。このように範囲が表される場合、別の態様には、１つの特定の値から、及び／または、別の特定の値までが含まれる。同様に、先行詞の「約」を用いて、値が近似値のように表現される場合、その特定の値が別の態様を形成するものと理解されよう。さらには、各範囲の終点は、もう１つの終点と関係する場合、および、もう一方の終点とは独立している場合の両方において、重要であるということも理解されよう。
【００１７】
本明細書では、成分の「重量％」または「重量パーセント」または「重量によるパーセント」とは、特に反対のことが記載されない限り、パーセンテージで表された、成分の重量の、成分を含む組成物の全重量に対する比のことをいう。
【００１８】
本明細書では「ウォッシュコート」という用語は、基板に施用する場合に、１つ以上の触媒粒子を安定化するのに適した、表面積が大きい多孔質の表面を提供することができる組成物のことを称することが意図されている。ウォッシュコートは、随意的に、基板に施用される１つ以上の触媒粒子を含みうる。
【００１９】
本明細書では「基板」、「担体」、「コア」および「モノリス」という用語は、ウォッシュコートおよび随意的に１つ以上の触媒粒子が沈着されうる本体のことを称することが意図されている。基板、担体、コア、および／またはモノリスは、例えば、ハニカム状、積層状、コイル状、織物状、発泡状、またはそれらの組合せなど、任意の形態および／または形状を有することができ、意図する用途にとって任意の適切な形態および／または形状から成っていて差し支えない。
【００２０】
本明細書では「ナノ」および「ナノ粒子」という用語は、さまざまな態様において、約１００ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、または約５ｎｍ未満の平均粒径を有する少なくとも１つの態様を有する粒子のことを称することが意図されている。
【００２１】
先に簡潔に述べたように、本発明は、改善されたウォッシュコート組成物および本発明のウォッシュコート組成物の製造および使用方法を提供する。本発明のウォッシュコート組成物は、従来のウォッシュコート材料と比較して、基板材料への改善された付着性、および／または、ウォッシュコートおよび／または触媒粒子の間の改善された付着性を提供することができる。１つの態様では、本発明のウォッシュコート組成物は、可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を含む。
【００２２】
本発明のウォッシュコート組成物は、所望の用途に適切な任意の基板を少なくともある程度コーティングするために用いることができる。１つの態様では、基板は、例えばハニカム構造などのモノリスである。モノリスなどの基板は、本発明のウォッシュコート組成物でコーティングするのに適切な、および、所望の用途における使用に適切な、任意の材料から構成されうる。１つの態様では、基板は、無機の耐火物材料からなる。他の態様では、基板は、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、またはそれらの組合せからなる。さまざまな特定の態様では、基板は、コージエライト、チタン酸アルミニウム、チタニア、アルミナ、例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、または他のセラミック材料など、および／またはそれらの組合せからなる。他の態様では、基板は、例えばガラス状の炭素などの炭素材料からなる。さらに他の態様では、基板は、例えばアルミニウムなどの金属からなる。さらに他の態様では、基板は、例えば熱可塑性物質などのポリマー材料からなる。本発明は、本明細書に列記される特定の基板材料には限定されず、例えば、列挙された材料の任意の２つ以上の組合せを含む、任意の適切な材料を含めることができることに留意されたい。基板材料の特定の形態もまた、意図する用途、ウォッシュコート、および基板組成物に応じて変化しうる。さまざまな態様では、基板は、固形材料、スポンジ、例えば金属またはプラスチックのスポンジ、焼結材料、またはそれらの組合せを含みうる。このように、基板は、さまざまな態様では、多孔質の材料、非多孔質の材料、半多孔質の材料、またはそれらの組合せを含みうる。
【００２３】
さまざまな態様では、本発明の可溶性のウォッシュコート塩種は、極性有機溶媒、水、またはそれらの組合せの１つ以上に少なくともある程度可溶性の任意の塩種を含みうる。１つの態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、少なくともある程度、水溶性である。１つの態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、少なくともある程度、極性有機溶媒に可溶性である。別の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、実質的に極性有機溶媒に可溶性である。さまざまな態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、水、極性有機溶媒、またはそれらの組合せに、例えば、約１．５、２、５、１０、５０、１００、２００、４００、５００、８００、１，０００、１，５００、２，０００、３，０００、または１０，０００ｐｐｍなど、約１ｐｐｍを超える溶解性；または、例えば、約１，０００、１，５００、２，０００、３，０００、５，０００、１０，０００、１５，０００、２０，０００、３０，０００、５０，０００ｐｐｍまたはそれ以上など、約１，０００ｐｐｍを超える溶解性を有する。任意の特定の可溶性のウォッシュコート塩種の溶解性は、ｐＨ、温度、存在する塩種の特定の対イオン、および／または用いる溶媒の性質および極性などの因子に応じて変化する場合があり、本発明は、特定のレベルの溶解性に限定されることは意図していないことが理解されるべきである。本発明の溶媒は、極性有機溶媒、水、またはそれらの組合せを含みうること、および、可溶性のウォッシュコート塩種は特定の溶媒および／または用いる溶媒の組合せに少なくともある程度可溶性であるべきであることに留意されたい。
【００２４】
他の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種の少なくとも一部が少なくともある程度イオン化されることを条件として、可溶性のウォッシュコート塩種は、特定の溶媒および／または用いる溶媒の組合せにおいて、コロイド溶液および／またはゾルを形成しうる。
【００２５】
１つの態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、少なくとも１つの可溶性の陽イオン種および少なくとも１つの可溶性の陰イオン種を含む。さまざまな態様では、可溶性の陽イオン種は、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、またはそれらの組合せを含む。さまざまな態様では、可溶性の陰イオン種は、硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸、亜硫酸、硝酸、リン酸、炭酸、シュウ酸、カルボン酸（例えば、ギ酸または酢酸）、またはそれらの組合せを含む。他の態様では、可溶性の陰イオン種はポリオキソメタレート（例えば［ＰＭｏ12Ｏ40］3−）を含み、ここで、遷移金属種は陰イオンであり、対イオン（例えば［ＮＨ4］1+）は陽イオンである。例えば［ＰＭｏ12Ｏ40］3−などのポリオキソメタレートを含むこれらの態様では、例えばモリブデン酸化物などの金属酸化物が結合剤として作用しうる。
【００２６】
さまざまな態様では、可溶性のウォッシュコート塩種として、鉄化合物、亜鉛化合物、アルミニウム化合物、またはそれらの組合せが挙げられる。好ましい態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、例えば、硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄、またはそれらの組合せなどの鉄化合物を含む。他の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、例えば、水酸化鉄、オキシヒドリド、またはそれらの組合せなどの水酸化物を含みうる。理論に縛られることは望まないが、鉄は、ある金属触媒粒子と共に使用すると触媒作用を促進することができ、鉄の存在が、小さい、高表面積の金属触媒粒子を維持を補助すると考えられる。
【００２７】
可溶性のウォッシュコート塩種の濃度は、特定の塩種、極性有機溶媒、および、例えば温度および／またはｐＨなどの条件に応じて変化しうる。さまざまな態様では、可溶性のウォッシュコート塩種の濃度は、約０.０１Ｍから塩の最大溶解限度の範囲；または約０.０１Ｍより大きく約１０Ｍまで、例えば、約０.０１、０.０２、０.０５、０.０８、０.１、０.２、０.２５、０.３、０.４、０.５、０.６、０.７、０.８、０.９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．８、２、２.５、３、３.５、４、５、６、７、８、９または１０Ｍの範囲でありうる。他の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種の濃度は、約０.０１Ｍ未満または約１０.０Ｍより大きくてもよく、本発明は、任意の特定の濃度範囲に限定されることは意図されていない。１つの特定の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は硝酸鉄を含み、約１．６Ｍの濃度で存在する。他の態様では、可溶性のウォッシュコート塩種は、同一のまたは異なる陽イオンを有する複数の塩種を含みうる。
【００２８】
本発明の不溶性の微粒子材料は、目的の用途における使用に適した任意の材料を含みうる。１つの態様では、不溶性の微粒子材料は、かなりの部分および／または最大体積画分のウォッシュコート組成物を含みうる。さまざまな態様では、不溶性の微粒子材料は、結合剤として作用しうる。１つの態様では、不溶性の微粒子材料は、例えば、酸化鉄、亜鉛酸化物、スズ酸化物、セリア、チタニア、アルミナ、シリカ、スピネル、ペロブスカイト、またはそれらの組合せなどの酸化物を含む。さらに他の態様では、不溶性の微粒子材料は、炭化物、窒化物、微粒子炭素質材料（例えば、活性炭および／またはカーボンブラック）、またはそれらの組合せを含みうる。不溶性の微粒子材料は、同一のまたは異なる組成物を有する複数の個別の不溶性の微粒子材料を含みうる。１つの態様では、不溶性の微粒子材料は酸化物を含み、ここで、酸化物は、可溶性のウォッシュコート塩種として同一の陽イオン（例えば金属）を含み、または複数の塩種は、存在する場合には、可溶性のウォッシュコート塩種の少なくとも１つの塩種を含む。特定の態様では、不溶性の微粒子材料は酸化鉄を含む。
【００２９】
不溶性の微粒子材料の特定の組成物および／または相は、変化しうる。さまざまな態様では、不溶性の微粒子材料は、α、γ、δ、η、θ、κ、ρ、および／またはχ−アルミナ、シリカ、シリカ・アルミネート、ゼオライト、シリカ−マグネシア、酸化チタン、酸化ジルコニウム、またはそれらの組合せを含む。
【００３０】
１つの態様では、不溶性の微粒子材料は、触媒活性を発現しない。別の態様では、不溶性の微粒子材料は、別の触媒の添加なしに触媒活性を発現しうる。特定の態様では、不溶性の微粒子材料は、触媒活性を発現可能な、例えば酸化鉄などの鉄化合物を含む。別の態様では、不溶性の微粒子材料は、不溶性の微粒子材料単独で触媒活性を発現するか否かにかかわらず、触媒と組み合わせることができる。例となる触媒としては、例えば、金属酸化物触媒、遷移金属、メタロセン、ヘテロポリ触媒、およびキレート金属触媒など、通常、均質の触媒作用に用いることができるものが挙げられる。
【００３１】
さらに別の態様では、不溶性の微粒子材料は、触媒材料が接触、沈着、および／または吸着されうる材料を含む。さらに別の態様では、不溶性の微粒子材料は、触媒活性を発現することができ、上述したうちの１つなどの触媒とさらに組み合わせることができる。さらに別の態様では、不溶性の微粒子材料および触媒は、例えば、溶媒に微粒子材料および触媒材料を溶解し、次いで、分散した複数の触媒粒子を有する不溶性の微粒子材料が沈殿するように、得られた溶液のｐＨを調整することによって、共沈させることができる。
【００３２】
本発明の不溶性の微粒子材料は、例えば、約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、または９５重量％など、約１０重量％〜約９５重量％の濃度；例えば、約２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、または９０重量％など、約２０重量％〜約９０重量％の濃度；または、例えば、約５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、または９０重量％など、約５０重量％〜約９０重量％の濃度で存在しうる。他の態様では、不溶性の微粒子材料は、約１０重量％未満の濃度、または約９５重量％を超える濃度で存在してもよく、本発明は、本明細書に記載される任意の特定の濃度範囲に限定されることは意図されていない。
【００３３】
１つの態様では、不溶性の微粒子材料と組み合わせる場合、可溶性のウォッシュコート塩種の濃度は、その同等の酸化物で表して、乾燥組成物全体の約８０重量％未満、例えば、約７９、７８、７５、７２、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１８、１６、１４、１２、１０、８、６、４、または２重量％；または乾燥組成物全体の約２０重量％未満、例えば、約１８、１６、１４、１２、１０、８、６、４、または２重量％を含みうる。
【００３４】
極性有機溶媒は、所望の用途に使用するのに適した任意の有機溶媒でありうる。１つの態様では、極性有機溶媒は、可溶性のウォッシュコート塩種を少なくともある程度溶解するのに十分な極性を有する。別の態様では、極性有機溶媒は、可溶性のウォッシュコート塩種を実質的に溶解するのに十分な極性を有する。さらに別の態様では、極性有機溶媒は、可溶性のウォッシュコート塩種を完全に溶解するのに十分な極性を有する。理論に縛られることは望まないが、極性有機溶媒は、可溶性のウォッシュコート塩種の不溶性の微粒子材料への結合性を促進することができると考えられる。
【００３５】
本明細書では「極性」という用語は、永久双極子を有し、電場下で電気泳動に容易に受け入れることができ、水に非常に混和性でありうる、分子および／または官能基、および／またはそれらの組合せを称することが意図されている。
【００３６】
１つの態様では、極性有機溶媒は、例えば、酸素含有官能基および／または窒素含有官能基など、少なくとも１つの極性官能基を含む。さまざまな特定の態様では、極性有機溶媒は、エーテル、ヒドロキシル、カルボキシル、アミド、アミン、またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む。
【００３７】
さまざまな態様では、極性有機溶媒は、エチレン・グリコール・モノエチルエーテル、エチレン・グリコール・モノメチルエーテル、グリオキサル、ジアルデヒド、またはそれらの組合せおよび／または誘導体を含む。一部の極性有機溶媒は、不安定性を示す場合があり、および／または、ある環境、例えば、空気への曝露の際に有機過酸化物が形成されうることが認識されるべきである。本発明は、既存の方法、および／または、将来発展する方法を使用して安全に使用することができる、任意の極性有機溶媒に及ぶことが意図されている。１つの態様では、極性有機溶媒は、化学的および物理的に安定な、および／または、追加の精製および／または蒸留工程なしに少なくとも約６週間の保存寿命を有する、１つ以上の材料を含む。
【００３８】
さまざまな態様では、極性有機溶媒は、例えば、約１８０、１６０、１４０、１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０、または６０℃など、約２００℃未満の沸点；または、例えば、約１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０、または６０℃など、約１３０℃未満の沸点を有する。他の態様では、極性有機溶媒は、約２００℃を越える、または約６０℃未満の沸点を有しうる。他の態様では、極性有機溶媒は、例えば、約１．９、１．８、１．７、１．６、１．５、１．４、１．３、１．２、１．１、または１ｇ／ｍｌなど、約２ｇ／ｍｌ未満の密度；例えば、約１．１、１．２、１．３、または１．４ｇ／ｍｌなど、約１．１ｇ／ｍｌ〜約１．４ｇ／ｍｌの密度；または、例えば、約１．２、１．２２、１．２４、１．２６、１．２８、または１．３ｇ／ｍｌなどの約１．２ｇ／ｍｌ〜約１．３ｇ／ｍｌの密度を有する。
【００３９】
１つの態様では、極性有機溶媒は、可溶性のウォッシュコート塩種の再結晶化を防止、低減、および／または遅延することができる。
【００４０】
使用する極性有機溶媒の量は、可溶性のウォッシュコート塩種および不溶性の微粒子材料の濃度範囲、極性有機溶媒の極性、および得られた混合物の所望の粘度に応じて変化しうる。
【００４１】
本発明のウォッシュコート組成物および方法の利点の１つは、極性有機溶媒の注意深い選択に伴い、溶媒が、乾燥および焼成の際にウォッシュコート結合剤として作用しうる塩を、少なくともある程度溶解させる働きをすることであり、ここで、有機残基は、乾燥の際の可溶性のウォッシュコート塩種の再結晶化の低減を助け、分散助剤として作用可能であり、結果として、強い、均一なウォッシュコート層を生じる。
【００４２】
可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料を接触させて、スラリーを提供することができる。１つの態様では、得られたスラリーを随意的に混合して、可溶性のウォッシュコート塩種、極性有機溶媒、および不溶性の微粒子材料の均一なまたは実質的に均一な混合物を提供しうる。別の態様では、スラリー中に粒子を少なくともある程度均質にし、解砕するのに十分な時間、得られたスラリーに、ミリング媒体と共に、例えば、ボールミリング処理などのミリング処理をする。他の態様では、得られたスラリーを少なくとも約１時間、または少なくとも約３時間、ミリング処理する。
【００４３】
理論に縛られることは望まないが、スラリー中の不溶性の微粒子材料の表面積、孔隙率、およびメジアン粒径および粒径分布などの因子は、コーティングの品質に影響を与えうると考えられる。スラリー組成物中の不溶性の微粒子材料の粒径および分布は、１つ以上のミリング処理によって改質することができる。１つの態様では、スラリー中の不溶性の微粒子材料は、例えば、約４８、４６、４４、４２、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０.８、０.６、０.４、０.２、０.１、０.０８、０.０６、０.０４、０.０２、または０.０１μｍなどの約５０μｍ未満のメジアン粒径；または、例えば、約９、８、７、６、５、４、３、２、１、０.８、０.６、０.４、０.２、０.１、０.０８、０.０６、０.０４、０.０２、または０.０１μｍなど、約１０μｍ未満のメジアン粒径を有する。
【００４４】
スラリーは、随意的に、固形無機結合剤をさらに含みうる。固形無機結合剤は、存在する場合には、不溶性の微粒子材料のメジアン粒径よりも小さいメジアン粒径を有しうる。さまざまな態様では、固形無機結合剤は、存在する場合には、約５μｍ未満のメジアン粒径を有する。例えば、約４.５、４、３.５、３、２.５、２、１．５、１、０.９、０.８、０.７、０.６、０.５、０.４、０.３、０.２μｍ以下など、約５μｍ未満のメジアン粒径；または、例えば、約０.９、０.８、０.７、０.６、０.５、０.４、０.３、０.２μｍ以下など、約１μｍ未満のメジアン粒径を有する。固形無機結合剤は、存在する場合には、不溶性の微粒子材料として、同一または異なる組成物を含みうる。１つの態様では、スラリーは、固形無機結合剤を含まない。別の態様では、スラリーは、不溶性の微粒子材料として、同一の組成物を有する固形無機結合剤を含む。これらの態様では、固形無機結合剤は、スラリーに加える別個の材料を含む、および／または、不溶性の微粒子材料の粒径画分を含みうる。さらに別の態様では、スラリーは、不溶性の微粒子材料として、異なる組成物を有する固形無機結合剤を含む。さらに別の態様では、固形無機結合剤は、存在する場合には、２つ以上の個別の固形無機結合剤成分を含んでもよく、ここで、２つ以上の個別の固形無機結合剤成分のそれぞれは、同一または異なる成分のいずれかを含みうる。
【００４５】
スラリー中の、任意の１つ以上の可溶性のウォッシュコート塩種または不溶性の微粒子材料の溶解性は、得られたスラリーのｐＨを修正することによって調整することができる。ｐＨは、例えば、硝酸の添加によって修正することができる。所定のスラリーの特定のｐＨは、スラリーにおける所望の溶解性および特定の成分に応じて変化しうる。１つの態様では、得られたスラリーのｐＨは、約３.５〜約４.５の値に調整される。理論に縛られることは望まないが、スラリーにおける任意の１つ以上の成分の解膠および／または分散は、スラリー中の不溶性の微粒子材料の分散および安定化を補助することができる。
【００４６】
得られたスラリーの粘度も必要に応じて調整し、特定の基板を少なくともある程度コーティングする能力のあるスラリーを提供することができる。さまざまな態様では、得られたスラリー範囲の粘度は、例えば、約１，９５０、１，９００、１，８５０、１，８００、１，７５０、１，７００、１，６００、１，５００、１，４００、１，２００、１，０００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、または１００ｃＰなど、約２，０００ｃＰ未満；好ましくは、例えば、約４９０、４８０、４７０、４６０、４５０、４４０、４３０、４２０、４１０、４００、３８０、３６０、３４０、３２０、３００、２７５、２５０、２２５、２００、１７５、１５０、１２５、または１００ｃＰなど、約５００ｃＰ未満である。他の態様では、得られたスラリーの粘度は、約２，０００ｃＰ以上または約１００ｃＰ未満であって差し支えなく、本発明は、任意の特定の粘度に限定されることを意図していない。得られたスラリーの粘度は、例えば、水および／または有機分散剤の添加などの任意の適切な手段を用いて、調整することができる。
【００４７】
得られたスラリーの固形含量は、スラリー中の特定の成分およびそれらの濃度に応じて変化しうる。さまざまな態様では、スラリーの固形含量は、例えば、約２６、３０、３５、４０、４５、または５０重量％など、約２５重量％を超える。１つの態様では、スラリーは、例えば約４０重量％を超える高い固形含量、および、例えば約５００ｃＰ未満の低い粘度を有する。
【００４８】
任意の特定のスラリーの成分は、所望の用途に適した任意の順で接触および／または混合させることができ、本発明は、接触および／または混合の任意の特定の順序に限定されない。
【００４９】
ウォッシュコート・スラリーの調製後、例えば、ハニカム・モノリスなどの基板、またはそれらの一部をウォッシュコート・スラリーでコーティングすることができる。ウォッシュコート・スラリーを基板にコーティングおよび／または施用するための特定の方法は、コーティングした物品の目的の用途に応じて、変化しうる。さまざまな態様では、ウォッシュコートは、例えば、噴霧、注入、ブラッシング、またはそれらの組合せによって、基板またはそれらの一部に施用することができる。他のさまざまな態様では、ウォッシュコートは、基板の少なくとも一部をウォッシュコート・スラリーに浸漬することによって施用することができる。ウォッシュコート・スラリーおよび基板を接触させる特定の方法および／または時間は、ウォッシュコート・スラリーの特性（例えば、粘度、溶解性、固形含量）および基板に沈着されるウォッシュコート層の所望の厚さに応じて変化しうる。１つの態様では、本発明のウォッシュコート・スラリーは、必要に応じて、３、４、または５ｍｍ、またはそれ以上の厚さを有するコーティングを形成することができる。別の態様では、本発明のウォッシュコート・スラリーは、例えば、約１５０、１２５、１００、７５、５０、２５、または１０μｍなど、約１５０μｍ未満の厚さを有するコーティングを形成することができる。他の態様では、本発明のウォッシュコート・スラリーは、約１０μｍ未満または約５ｍｍを超える厚さを有するコーティングを形成することができ、本発明は、任意の特定のコーティングの厚さに限定されることは意図されていない。
【００５０】
１つの態様では、基板は、多孔質の表面を有することができ、ウォッシュコート・コーティングを多孔質の表面に施用する際に、コーティングの少なくとも一部は、多孔質の表面に浸透しうる。特定の態様では、ウォッシュコートの少なくとも一部は、基板の孔隙の少なくとも一部に浸透しうる。別の態様では、ウォッシュコートは、すべてのまたは実質的にすべてのウォッシュコート・スラリーが多孔質の表面に浸透するように、基板の多孔質の表面に施用することができ、ここで、連続するコーティングは基板表面に形成されない。
【００５１】
基板が空隙、チャネル、および／または他の開口を有する場合、過剰のウォッシュコート・スラリーは、存在する場合には、施用後に、例えば、圧縮空気を吹き付けるなど任意の適切な技術を用いることによって、随意的に除去することができる。
【００５２】
モノリスなどの基板がコーティングされると、基板を乾燥および／または焼成することができる。特定の乾燥および／または焼成工程のパラメータは変化して差し支えなく、当業者は、特定の基板およびウォッシュコート・スラリーの適切な乾燥および／または焼成工程を容易に選択することができよう。
【００５３】
乾燥および／または焼成後、ウォッシュコート・コーティングした基板を、随意的に、触媒および／または溶液、懸濁液、またはそれらのスラリーと接触させることができる。触媒は、目的の用途における使用に適した任意の触媒でありうる。典型的な態様では、酸化鉄をコーティングしたモノリス基板を、所望の濃度の陽イオンまたは陰イオンの遷移金属塩の水溶液に漬けて、所定の量の触媒種を吸着させることができる。
【００５４】
使用する特定の触媒溶液に応じて、この工程を行う場合、その後に基板を例えば還元剤などの活性化剤と接触させてもよい。
【００５５】
詳細な説明において、本発明の幾つかの態様を記載してきたが、本発明は開示される態様に限定されず、添付の特許請求の範囲に記載され、定義されるように、本発明の精神から逸脱することなく、数多くの再配置、変更および置換が可能であることが理解されるべきである。
【実施例】
【００５６】
本発明の原理をさらに例証するため、以下の実施例を記載し、本願の特許請求の範囲に記載される組成物、物品、および方法がいかにして成され、評価されるかについての完全な開示及び説明を、当業者に提供する。それらは、単に本発明の典型例であることが意図されており、本発明者らが発明とみなす範囲を限定することは意図していない。数値（例えば、量、温度など）に関しては正確性を確保するように努めている；しかしながら、多少の誤差および偏差が考慮されるべきである。他に特に記載しない限り、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧であるか、それに近い。製品の品質および性能を最適化するために用いることができる工程条件には、数多くのバリエーションおよび組合せが存在する。これら工程条件の最適化には、適度の日常的な実験のみが必要とされるであろう。
【００５７】
実施例１−ウォッシュコートの調製および施用（予測）
第１の実施例では、ウォッシュコートは、約０.２５Ｍ未満から約１．５Ｍを超える鉄イオンを含む組成物を生成するように、酸化鉄不溶性の微粒子材料を含む、例えば、エチレン・グリコール・モノエチルエーテルまたはエチレン・グリコール・モノメチルエーテルなどの粘度の低い極性有機溶媒に、多量の硝酸鉄を溶解することによって調製することができる。
【００５８】
次に、モノリス基板を、得られた組成物に一定時間、例えば最大約１分間、浸漬し、その後に取り出すことができる。モノリス基板における任意のチャネルおよび／または他の開口は、浸漬後に、例えば、圧縮空気を吹き付けることによって清浄されうる。次に、モノリス基板を乾燥し、必要に応じて、モノリス表面に酸化鉄の負荷を増大させるために、手順を繰り返してもよい。
【００５９】
実施例２−ウォッシュコートの調製および施用（予測）
第２の実施例では、硝酸鉄および／または塩化鉄を、エチレン・グリコール・モノエチルエーテルなどの極性溶媒に溶解して、約０.２５Ｍ未満から約１．５Ｍを超える濃度の硝酸鉄を生成する。次いで、特定の施用におけるウォッシュコーティングのためのスラリーに必要とされる粘度に応じて、所定の相および化学量論の酸化鉄を、約２０重量％〜約９０重量％含まれるように溶液に加える。その後、数時間、スラリーをボールミル粉砕して、粒子を均質にし、解砕して差し支えない。必要に応じて、有機分散剤および／または水を用いて、スラリーの粘度を約５００ｃＰ未満にさらに調整する。得られたスラリーは、約２５重量％〜約５０重量％の固形含量を有しうる。
【００６０】
実施例３−ウォッシュコートの調製および施用（予測）
第３実施例では、約５０重量％〜約９０重量％の酸化鉄および約１０重量％〜約５０重量％のベーマイトの水溶性の混合物を調製する。次に、硝酸を用いて、得られた混合物のｐＨを約３.５〜約４.５に調整する。その後、ｐＨ調整した混合物を、数時間、ボールミリング処理して混合物を均質にする。必要に応じて、ボールミリング処理の前、間、または後に、水および／または分散剤を加えて混合物の粘度を約５００ｃＰ未満に調整してもよい。
【００６１】
実施例４−ウォッシュコートの調製および施用（予測）
第４の実施例では、硝酸鉄を、約１．５Ｍを超える濃度で、エチレン・グリコール・モノエチルエーテルなどの強い極性溶媒に溶解する。水酸化アンモニウムを用いて、得られた溶液のｐＨを、約７を超える値まで上昇させて、水酸化鉄の沈殿を生じさせる。次に、モノリスを懸濁液に浸漬し、乾燥し、焼成する。次いで、硝酸鉄溶液を酸化鉄と混合し、必要に応じて水酸化アンモニウムを添加して、再びｐＨを約７を超える値に調整し、沈殿を生じさせる。次に、得られた混合物でモノリスをコーティングする。
【００６２】
実施例５−改質および触媒したウォッシュコート（予測）
第５の実施例では、沈殿、乾燥、および焼成の後、触媒種含量が組成物の約０.０１重量％より大きくなるように、陽イオンまたは陰イオンの遷移金属塩の水溶液中、酸化鉄の懸濁液を調製する。一定に攪拌しながら、Ｋ2ＣＯ3および／またはＮＨ4ＯＨを用いてｐＨを上昇させる。あるいは、尿素を加え、温度を上昇させて尿素を分解し、ｐＨを上昇させてもよい。得られた組成物を洗浄し、乾燥し、随意的に焼成する。触媒ウォッシュコートの懸濁液を、エチレン・グリコール・モノエチルエーテル中の硝酸鉄溶液において調製する。次に、基板を懸濁液に漬けて、触媒ウォッシュコートでコーティングする。これは、ウォッシュコート・スラリーの不溶性の微粒子が触媒作用を及ぼす１つの例である。不溶性の微粒子は、無機酸化物または触媒しうる他の種類の任意の組合せまたは組成物を含みうる。
【００６３】
本明細書に記載の組成物、物品、および方法には、さまざまな変更およびバリエーションがなされうる。明細書に記載の組成物、物品、および方法の他の態様は、明細書の考慮および本明細書に開示される組成物、物品、および方法の実施から明白であろう。明細書および実施例は典型例とみなされることが意図されている。
【国際調査報告】
2011513051.tif 000002
2011513051.tif 000003