(57)【要約】  予備反応させた球状無機粒子と細孔形成剤球状粒子とを含むバッチ組成物。予備反応させた球状無機粒子は、１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、およびＤＩｂ≦２．０である粒子サイズ分布を有し、細孔形成剤球状粒子は、０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、およびＤＰｂ≦１．３２である粒子サイズ分布を有し、ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数である。また、このバッチ組成物から製造されたグリーンハニカム体、およびこのバッチ組成物を使用してハニカム体を製造する方法が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ組成物において、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
である予備反応させた粒子サイズ分布を有する予備反応させた球状無機粒子と、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
である細孔形成剤粒子サイズ分布を有する細孔形成剤球状粒子とを含み、
ここで、ＤＩ５０は、前記予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、前記予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数である、バッチ組成物。
【請求項２】
前記細孔形成剤球状粒子が、ＡＲａｖｇ≦１．１を有し、
ここで、ＡＲａｖｇは、前記細孔形成剤球状粒子の最大幅寸法を最小幅寸法で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比である、請求項１記載のバッチ組成物。
【請求項３】
１５μｍ≦ＤＰ５０≦３０μｍを有する、請求項１記載のバッチ組成物。
【請求項４】
４．０超のタウＹ／ベータを有する、請求項１記載のバッチ組成物。
【請求項５】
ハニカム体を製造する方法において、
予備反応させた球状無機粒子と、微細無機粒子と、有機バインダと、細孔形成剤球状粒子と、液体ビヒクルとを含むバッチ組成物を混合して、ペーストを生成するステップであって、
前記予備反応させた球状無機粒子が、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
の予備反応させた粒子サイズ分布を有し、
前記細孔形成剤球状粒子が、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
の細孔形成剤粒子サイズ分布を有し、
ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数であり、
５μｍ未満の中央粒径を有する前記微細無機粒子が、前記予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して、２０質量％未満を構成するステップと、
前記ペーストを、湿ったグリーンハニカム体へと形成するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１７年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／５７９，５７９号および２０１７年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／５７９，５８５号の米国特許法第１１９条の下での優先権の恩恵を主張し、その内容を依拠し、その内容全体を本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、予備反応させた無機粒子を含むバッチ組成物混合物およびそれからハニカム体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼルおよびガソリンエンジン排気後処理用触媒コンバータおよびパティキュレートフィルタにおいては、コーディエライト、炭化ケイ素、およびチタン酸アルミニウムを含むセラミックハニカム体が使用されてきた。
【０００４】
そのようなセラミックハニカム体は、無機材料および有機材料ならびに脱イオン水などの液体ビヒクル（ＬＶ）の可塑化バッチ組成物を押出機の押出ダイを通じて押し出すことにより製造できる。
【０００５】
いくつかのバッチ組成物において、予備反応させた球状粒子がバッチにおいて使用された。しかし、そのようなバッチ組成物には、特定の性能問題がある場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の例示の実施形態は、バッチ組成物に関する。バッチ組成物は、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
である予備反応させた粒子サイズ分布を有する予備反応させた球状無機粒子と、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
である細孔形成剤粒子サイズ分布を有する細孔形成剤球状粒子とを含み、
ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して２０％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して１０％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して５％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、ＡＲａｖｇ≦１．２を有し、ここで、ＡＲａｖｇは、予備反応させた球状無機粒子の最大幅寸法を最小幅寸法で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比である。
【００１１】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、ＡＲａｖｇ≦１．１を有する。
【００１２】
いくつかの実施形態において、ＡＲａｖｇは、細孔形成剤球状粒子の最大幅寸法を最小幅寸法で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比である。
【００１３】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、２０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍを有する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、２０μｍ≦ＤＩ５０≦４０μｍを有する。
【００１５】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、ＤＩ９０≦８５μｍを有する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、ＤＩ９０≦６５μｍを有する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、４５μｍ≦ＤＩ９０≦８５μｍを有する。
【００１８】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、ＤＩ１０≧８μｍを有する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、８μｍ≦ＤＩ１０≦３５μｍを有する。
【００２０】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は（ＤＩ９０−ＤＩ１０）≦５５μｍを有する。
【００２１】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、１５μｍ≦（ＤＩ９０−ＤＩ１０）≦５５μｍを有する。
【００２２】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、１５μｍ≦ＤＰ５０≦３０μｍを有する。
【００２３】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．８  ＤＰ５０を有する。
【００２４】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．７  ＤＰ５０を有する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、非親水性である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、非親水性ポリマーを含む。
【００２７】
いくつかの実施形態において、非親水性ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリウレタン、ならびにそれらの誘導体および組合せを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、相変化材料を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、ＭＰ≧１００℃を有するポリマーを含み、ここで、ＭＰは、細孔形成剤球状粒子の融点である。
【００３０】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布は、ＤＰｂ≦１．３０を有する。
【００３１】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布は、ＤＰｂ≦１．２５を有する。
【００３２】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布は、（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦２０μｍを有する。
【００３３】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布は、（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦１５μｍを有する。
【００３４】
いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、バッチ組成物中の無機物の総質量に対する上乗せ添加による５質量％〜３５質量％を構成する。
【００３５】
いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、噴霧乾燥された球状粒子を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、バッチ組成物の無機物に対する上乗せ添加による２８質量％≦ＬＶ≦５０質量％の重量を含み、ここで、ＬＶは液体ビヒクルである。
【００３７】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、バッチ組成物の無機物に対する上乗せ添加による２２質量％≦ＬＶ≦３５質量％の重量を含み、ここで、ＬＶは液体ビヒクルであり、細孔形成剤球状粒子は非親水性である。
【００３８】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、ヒドロキシエチルメチルセルロースバインダおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースバインダの組合せである有機バインダを含む。
【００３９】
いくつかの実施形態において、予備反応させた無機粒子は、１種類以上の結晶相を含む。
【００４０】
いくつかの実施形態において、予備反応させた無機粒子は、１種類以上のガラス相を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態において、１種類以上の結晶相は、（ｉ）チタン酸アルミニウム、（ｉｉ）長石、（ｉｉｉ）ムライト、（ｉｖ）チタニア、（ｖ）マグネシア、（ｖｉ）アルミナ、（ｖｉｉ）二チタン酸マグネシウム、（ｖｉｉｉ）炭化ケイ素、（ｉｘ）擬ブルッカイト、（ｘ）コーディエライト、（ｘｉ）コーディエライト、マグネシア、チタン酸アルミニウム複合材、および（ｘｉｉ）それらの組合せのうちの少なくとも１つを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、主にチタン酸アルミニウムおよび二チタン酸マグネシウムの固溶体の第１の結晶相、ならびにコーディエライトを含む第２の結晶相を含む。
【００４３】
いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、アルミナ、マグネシア、およびチタニアを主に含む擬ブルッカイト結晶相、コーディエライトを含む第２の結晶相、ならびにムライトを含む第３の結晶相を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、４．０超のタウＹ／ベータを有する。
【００４５】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、４．５超のタウＹ／ベータを有する。
【００４６】
本開示の例示の実施形態は、ハニカム体を製造する方法にも関する。この方法は、予備反応させた球状無機粒子と、微細無機粒子と、有機バインダと、細孔形成剤球状粒子と、液体ビヒクルとを含むバッチ組成物を混合して、ペーストを生成するステップであって、予備反応させた球状無機粒子が、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
の予備反応させた粒子サイズ分布を有し、
細孔形成剤球状粒子が、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
の細孔形成剤粒子サイズ分布を有し、
ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、細孔形成剤球状粒子の細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数であり、５μｍ未満の中央粒径を有する微細無機粒子が、予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して、２０質量％未満を構成するステップを含む。この方法は、ペーストを、湿ったグリーンハニカム体へと形成するステップをさらに含む。
【００４７】
いくつかの実施形態において、この方法は、４．０超のタウＹ／ベータを有する。
【００４８】
いくつかの実施形態において、この方法は、４．５超のタウＹ／ベータを有する。
【００４９】
いくつかの実施形態において、この方法は、湿ったグリーンハニカム体を乾燥させて、乾燥したグリーンハニカム体を形成するステップと、乾燥したグリーンハニカム体を焼成して、多孔質セラミックハニカム体を形成するステップとをさらに含む。
【００５０】
本開示の追加の特徴は以下の説明に記載され、一部は説明から明らかであろうし、または本開示を実施することにより分かるであろう。先の一般的な説明および以下の詳細な説明のいずれも例示的および説明的なものであり、本開示のさらに別の説明を提供することが意図されていることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
本開示をさらに理解するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図面は、本開示の例の実施形態を示しており、その説明と共に本開示の原理の説明に役立つ。
【図１】本開示の例示の実施形態によるハニカム体の概略図。
【図２】（説明目的のために歪んで示された）その最大幅寸法Ｗ１および最小幅寸法Ｗ２を示す球状粒子の側面図。
【図３】１つ以上の実施形態によるバッチ組成物を使用してグリーンハニカム体を生成するように構成された押出機の部分概略側断面図。
【図４Ａ】実施形態による予備反応させた球状無機粒子の様々な例の粒子サイズ分布のプロット。
【図４Ｂ】実施形態による予備反応させた球状無機粒子の様々な例の粒子サイズ分布のプロット。
【図５】本開示の例示の実施形態によるポリマー細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布のグラフプロット。
【図６】本開示の例示の実施形態による予備反応させた球状無機粒子および細孔形成剤球状粒子を使用して多孔質セラミックハニカム体を製造する方法のフローチャート。
【図７Ａ】複数の速度Ｖおよび異なるキャピラリー長Ｌにおける、反応性粒子を含む比較のバッチ組成物の例の実施形態のサンプル番号に対するＰｔｏｔａｌ（ｐｓｉ）のプロット。
【図７Ｂ】複数の速度Ｖおよび異なるキャピラリー長Ｌにおける、予備反応させた球状無機粒子を含むバッチ組成物の例の実施形態のサンプル番号に対するＰｔｏｔａｌ（ｐｓｉ）のプロット。
【図８Ａ】異なるキャピラリー長Ｌのキャピラリーレオメータを通じて押し出された、反応性粒子を含む比較のバッチ組成物の例の実施形態のＶ（インチ／秒）に対するＰｔｏｔａｌ（ｐｓｉ）のプロット。
【図８Ｂ】異なるキャピラリー長Ｌのキャピラリーレオメータを通じて押し出された、予備反応させた球状無機粒子を含むバッチ組成物の例の実施形態のＶ（インチ／秒）に対するＰｔｏｔａｌ（ｐｓｉ）のプロット。
【図９】実施形態によるバッチ組成物のレオロジー特性を試験するように構成されたキャピラリーレオメータの側断面図。
【図１０】予備反応させた球状無機粒子を含むバッチ組成物の例の実施形態の速度（インチ／秒）に対する流入圧力Ｐｅ（ｐｓｉ）の例示のプロット。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本開示の例示の実施形態が示されている添付図面を参照して、本開示がさらに詳しく記載される。しかし、本開示は、多くの様々な形態で具体化することができ、本明細書において説明および記載された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。本明細書に開示された実施形態は、本開示が本開示の範囲を十分かつ完全に伝えるように提供される。図面において、全体的なサイズおよび相対的なサイズは、原寸に比例して描かれていない。図面中の同様の参照番号は、同様の要素を表すために本開示全体に亘って使用される。
【００５３】
セラミックハニカム物品の製造において、無機材料および有機材料ならびに水などの液体ビヒクル（ＬＶ）を含む可塑化バッチ組成物は、押出機の押出ダイを通じて押し出される。供給速度がセラミックハニカムの最終的な製造コストと少なくともある程度関連するため、できるだけ高い供給速度で可塑化バッチを押し出す一方、良好な品質のグリーン体を提供することが目標である。特に、ハニカム製造において、可塑化バッチ組成物は、その中に形成された複数の細い交差ダイスロットを有する押出ダイを通じて押し出される。押出ダイを出るとき、押し出されたグリーンハニカム体は、良好な全体的な寸法制御、その自重による限られた量のたわみまたは変形、様々なセル壁間の良好な結び付き、良好なセル形状（例えば、正方形または他の所望の形状）、良好な壁形成（例えば、最小限の波打ち）を示すべきであり、壁の裂けを示すべきでない。乾燥されるときのハニカム体の最小限の収縮も所望の目標である。
【００５４】
セラミックハニカム体を製造するための従来のバッチ組成物は、結果として得られる組み合わせられた無機粒子分布が、かなり広い粒子サイズ分布を有する、無機粉末の混合および／または混練を必要とする。この無機粉末には、チタニアの供給源、アルミナの供給源、シリカの供給源、マグネシアの供給源、および同種のものが含まれ得る。そのような無機粒子は、可塑化バッチ組成物を生成するために、有機バインダ（例えば、セルロースベースのバインダ）、場合によって滑剤、およびＬＶ（例えば、脱イオン水）、および場合によっては細孔形成剤材料と共に混合される。次いで、この可塑化バッチ組成物は、グリーン体（例えば、グリーンハニカム体）を生成するために、押出機の押出ダイを通じて押し出される。続いて、グリーンハニカム体は、多孔質セラミックハニカム体を生成するために、従来のプロセスにより乾燥および焼成される。
【００５５】
他の実施形態において、国際公開第２０１４／１８９７４１号に記載されているように、多孔質セラミックハニカム体の製造に適したバッチ組成物における使用のために、焼結結合または反応結合された予備反応させた球状無機粒子が提案されている。
【００５６】
予備反応させた球状無機粒子を含むそのようなバッチ組成物中のデンプンおよびグラファイトの従来の細孔形成剤材料の組合せの使用は、裂けなどの特定の欠陥を有することがあり、これらは、バッチ組成物中の水のミクロ偏析に起因すると考えられる。「予備反応させた球状無機粒子」は、バッチ組成物に提供される前に所望のセラミック結晶相組成物を含むために、球状体として（例えば、噴霧乾燥により）形成され、（例えば、か焼または焼成することにより）少なくとも部分的に反応させた無機粒子として本明細書において定義される。
【００５７】
しかし、本明細書の発明者らによって発見されたように、特定の球状細孔形成剤粒子との球状無機粒子の組合せが使用されるとき、押出により生成されたグリーン体ハニカムは、表面テクスチャが非常に滑らかであり、裂けなどの壁の欠陥が実質的になかった。さらに、高気孔率のセラミックハニカム体を提供するためには、非常に低いレベルの細孔形成剤材料が必要になることもある。いくつかの実施形態において、より少ないＬＶがバッチ組成物中で使用されてもよい。そのようなバッチ組成物は、驚くべきことに、優れた押出性ならびに比較的高い押出供給速度を提供する。
【００５８】
注目すべきことに、ハニカムグリーン体の押出中、比較的剛性があるバッチ（高いタウＹを有する  −  後に本明細書において詳しく記載される）を使用することが望ましく、その理由は、これにより、湿ったグリーンハニカム体のより良い形状制御、すなわち、より少ない壁および／またはセルの変形、より少ない裂け、ならびにより少ないスランピング（ハニカム体の自重による変形の結果としての幾何学的たわみ）がもたらされる場合があるからである。剛性係数「タウＹ」は、特定の可塑化バッチ組成物の剛性の尺度である。タウＹは、本明細書において以下に記載されるように測定および決定される。より高剛性のバッチ特性を有する従来のバッチは、より高い押出圧力およびより低い供給速度につながるであろう。ＬＶ（例えば、脱イオン水）を従来のバッチ組成物に添加すると、バッチと押出ダイの細いダイスロットの表面との間のより少ない摩擦に起因して、供給速度の改善が可能になり得るが、湿ったおよび乾燥したグリーンハニカム体の形状制御が犠牲になるであろう（すなわち、たわみ変形、壁が結び付かない不良、および他の欠陥）。摩擦係数「ベータ」は、摩擦の尺度であり、壁抵抗にも影響を与え、壁抵抗は、規定されたサイズのスロットをバッチ組成物が通過するときのダイの壁表面に対する可塑化バッチ組成物の摩擦である。ベータは、本明細書において以下に記載されるように測定および決定される。
【００５９】
したがって、従来のバッチ組成物では、望ましい高いバッチ剛性（高いタウＹ）と低い壁摩擦（低いベータ）との当然のトレードオフが存在する。したがって、押出中のバッチ組成物のレオロジー挙動を特徴付けるために、バッチ剛性係数（タウＹ）を摩擦係数（ベータ）で割った比を使用できる（すなわち、タウＹ／ベータ）。高いタウＹ／ベータ比が望ましく（押し出されたハニカム体がその形状を実質的に維持し、それらの自重でたわまないようなバッチ組成物の十分に高いスティップで）、実現可能な場合、これにより、より高い押出速度が可能になり得る。しかし、従来のチタン酸アルミニウムバッチのタウＹ／ベータ比は非常に低く、すなわち、約１．０〜約１．５未満の範囲内である。タウＹ／ベータの比の増加は、特にチタン酸アルミニウムベースの組成物において、実現が困難であった。
【００６０】
したがって、供給速度をより高くすることができる一方、湿ったおよび乾燥したグリーンハニカム体の良好な形状制御ならびに良好な品質も保持するバッチ組成物の改善は、ハニカム体押出技術における主要な進歩と見なされるであろう。
【００６１】
特に、本明細書の発明者らは、予備反応させた球状無機粒子と有機細孔形成剤球状粒子との特定の組合せが、改善されたバッチレオロジーおよびダイ押出挙動を提供することを発見した。特に、改善されたタウＹ／ベータの比が、本開示の１つ以上の実施形態にしたがって実現できる。実施形態において、予備反応させた球状無機粒子および細孔形成剤球状粒子が、定義された関係で提供される中央粒子サイズ（Ｄ５０）と関連する比較的狭い粒子サイズ分布を有するとき、バッチ組成物は、優れた押出特性を示し、かつタウＹ／ベータの高い比を示しつつ、押し出されたグリーン体ハニカムの優れた形状制御も提供する。例えば、タウＹ／ベータ≧４．０、またはさらにタウＹ／ベータ≧４．５の比が、いくつかの実施形態において実現できる。さらに、得られたグリーンハニカム体の性質には、低レベルの壁およびセルの変形、少ない裂け、滑らかな壁仕上げ、良好な最終的な寸法制御、低レベルのスランプ、および低レベルの収縮が含まれ得る。
【００６２】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、予備反応させた球状無機粒子を細孔形成剤球状粒子と組み合わせて含むバッチ組成物に関する。バッチ組成物は、少量（すなわち、規定量未満）の微細無機バインダ粒子（以下、「細粒」）をさらに含んでもよい。予備反応させた球状無機粒子の分布は、特定の制御された中央粒子サイズ（ＤＩ５０）およびその比較的狭い粒子サイズ分布を有するように選択される。分布の狭さはＤＩｂにより定義でき、ここで、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の分布幅係数である。本明細書においてさらに定義されるＤＩ９０−ＤＩ１０など、狭さの他の特徴付けが使用されてもよい。
【００６３】
同じく、細孔形成剤球状粒子の分布は、特定の制御された中央粒子サイズ（ＤＰ５０）および狭い細孔形成剤粒子サイズ分布を有するように選択される。粒子分布の狭さの１つの尺度はＤＰｂであり、ここで、ＤＰｂは細孔形成剤分布幅係数である。分布の狭さの他の特徴付けが使用されてもよい。
【００６４】
実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の中央粒子サイズ（ＤＩ５０）は、指定の範囲のサイズを有するように選択される。さらに具体的には、細孔形成剤球状粒子の中央径ＤＰ５０は、予備反応させた球状無機粒子の制御された中央粒子サイズ（ＤＩ５０）と比べて、特定の範囲内のサイズになるように選択される。特に、サイズは、予備反応させた球状無機粒子および細孔形成剤球状粒子の各々が比較的狭い粒子サイズ分布も有する以下に表されるような特定のサイズの関係を有するように選択される。
【００６５】
本開示の例の実施形態は、図１に示したハニカム体１００などのグリーン体物品の形成において有用なバッチ組成物を提供する。ハニカム体１００は、ハニカム体１００の一端１０３から他端１０５まで延在している複数の交差壁１０２を備えている。交差壁１０２は、平行な関係で同じく端から端まで延在している複数のチャネル１０４を形成する。正方形のセル形状が示されている。しかし、長方形、三角形、六角形、円形、またはそれらの組合せなど、横断面において他のセル形状が形成されてもよい。ハニカム体１００（例えば、グリーンハニカム体）を乾燥および焼成して、多孔質壁を備えている多孔質セラミックハニカム体を形成することができる。生成された多孔質セラミックハニカム体の交差壁１０２は、焼成後、相互接続された開孔を有する。ハニカム体１００の任意の適切な全体的な断面のサイズ、長さ、形状（例えば、円形、三葉形、長円形、レーストラック、および同種のもの）がバッチ組成物から生み出されてもよい。
【００６６】
バッチ組成物、バッチ組成物から製造されたグリーンハニカム体などのグリーン体物品、およびバッチ組成物から生成された多孔質セラミックハニカム体などのセラミック物品の例の実施形態の追加の特徴および特性が、本明細書の図１〜図１０を参照して本明細書において開示される。
【００６７】
さらに詳細には、本開示の実施形態は、予備反応させた球状無機粒子および細孔形成剤球状粒子の特定の組合せを含むバッチ組成物を提供する。この組合せは、優れた押出速度およびバッチ加工性を提供できる。
【００６８】
球状無機粒子
実施形態において、バッチ組成物は、以下の式１：
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ  式１
により表される予備反応させた粒子サイズ分布を有する予備反応させた球状無機粒子を含み、これは、以下の式２：
ＤＩｂ≦２．０  式２
により表される比較的狭い粒子サイズ分布も有してもよく、ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の分布幅係数であり、これは、粒子サイズ分布の相対的な狭さを反映する１つの尺度である。予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の幅係数ＤＩｂは、以下に示される式３により定義できる：
ＤＩｂ＝｛ＤＩ９０−ＤＩ１０｝／ＤＩ５０  式３
ＤＩ９０は、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布内の予備反応させた球状無機粒子の特定の粗粒子径と本明細書において定義され、ここで、粒子サイズ分布中の予備反応させた球状無機粒子の９０％は、特定の粗粒子径以下の直径を有し、すなわち、残りの粒子（約９．９９９９％）は、より大きい粒子径を有する。ＤＩ１０は、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布内の粒子の特定の微粒子径と本明細書において定義され、ここで、粒子サイズ分布中の予備反応させた球状無機粒子の１０％は、微粒子径以下の粒子径を有し、すなわち、残り（約８９．９９９９％）は、より大きい粒子径を有する。
【００６９】
ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の相対的な狭さの１つの尺度であるが、ＤＩ９０−ＤＩ１０など、予備反応させた無機粒子の粒子サイズ分布の相対的な狭さを特徴付ける他の尺度が使用されてもよい。
【００７０】
ＤＩ５０
バッチ組成物のいくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ（１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、および５０μｍを含む）であり、全ての部分範囲ならびに１０μｍおよび５０μｍを含むこれらの間の部分値も含む粒子サイズ分布を有し、ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の中央粒径である。
【００７１】
いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子は、ＤＩ５０の範囲がさらにより狭い粒子サイズ分布を有する。例えば、さらに別の実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の中央粒径ＤＩ５０は、２０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、またはさらに２０μｍ≦ＤＩ５０≦４０μｍであってもよい。予備反応させた球状無機粒子は、噴霧乾燥プロセスにより形成されてもよい。いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の中央粒径ＤＩ５０は、グリーン球状無機粒子を生成するとき、噴霧乾燥プロセスにおいて、ノズルタイプ、ノズルチップ内径、ノズル回転速度、ノズル圧力、微細無機微粒子のサイズおよびタイプ、温度設定、有機バインダ、分散剤、および界面活性剤のタイプとレベル、ならびに固体添加量（すなわち、液体に対する固体の比）を変更することにより、その形成中に調整できる。グリーン球状粒子の噴霧乾燥は、例えば、米国特許出願公開第２０１６／０２５１２４９号明細書に開示されている。
【００７２】
他の実施形態において、比較的粗い、予備反応させた球状無機粒子の狭さは、その中の予備反応させた球状無機粒子の粒分の一部を除去するよう適合させた特定の粒子加工により向上させることができる。例えば、粒子サイズ分布から粗粒分、細粒分、またはその両方を除去するために、篩分け、空気分級、沈降もしくは沈殿による分離、または同種のものなどの加工が使用されてもよい。例えば、約２７０メッシュの篩（５３μｍのメッシュ孔を有する）に粉末を通し、したがって、約５３μｍより小さい粒子を除去することにより、約６０μｍより大きいサイズを有する粒子サイズ分布中の粗粒分を除去できる。粒子サイズ分布の大端部から他の粒分を除去するために、他の篩サイズを使用できる。同じく、より小さいメッシュの篩を使用し、より大きい粒子を保持することにより、小さい粒分を除去できる。他の分離技法も使用できる。
【００７３】
グリーン球状無機粒子は、無機物を含むスラリーを噴霧乾燥することにより形成されてもよく、次いで、これは、予備反応させた球状無機粒子を生成するためにか焼または焼成されてもよい。約１０００℃〜１６５０℃、またはさらに約１２００℃〜１６００℃の温度での回転か焼が使用されてもよい。特定のか焼温度は、スラリー中に含まれる無機粒子の特定の組成および予備反応させた球状無機粒子の所望の相組成物に依存することになる。したがって、予備反応させた球状無機粒子は、上述の式１および式２に表されたような上述の粒子サイズ分布パラメータまたは他のさらにいっそう狭い特性を満たすために設計および／または予備加工できる粒子サイズ分布を有してもよいことが認識されるべきである。
【００７４】
ＤＩ９０およびＤＩ１０
いくつかの例の実施形態において、バッチ組成物中の予備反応させた球状無機粒子の分布は、いくつかの実施形態において、ＤＩ９０≦８５μｍ、またはさらにＤＩ９０≦７５μｍ、またはさらにＤＩ９０≦６５μｍ、またはさらにＤＩ９０≦５５μｍを有してもよい。いくつかの実施形態において、バッチ組成物中の予備反応させた球状無機粒子は、４５μｍ≦ＤＩ９０≦８５μｍ、またはさらに４５μｍ≦ＤＩ９０≦６５μｍの範囲を有してもよい。そのような範囲は、有用な範囲の気孔率を提供でき、高度に触媒化されたフィルタにおいて比較的低い圧力損失、比較的高い濾過効率、および比較的高い触媒活性を生じるのに有用であり得る焼成されたハニカム中の特に狭い細孔サイズ分布を生み出すことができる。
【００７５】
いくつかの例の実施形態において、バッチ組成物の予備反応させた球状無機粒子の分布はＤＩ１０≧８μｍを有してもよく、いくつかの実施形態において、ＤＩ１０≧１０μｍを有してもよい。他の実施形態において、バッチ組成物の予備反応させた球状無機粒子の分布は、ＤＩ１０≧２０μｍ、またはさらにＤＩ１０≧３０μｍを有してもよい。いくつかのバッチ組成物において、予備反応させた球状無機粒子は、以下のような範囲であるＤＩ１０を有してもよい：８μｍ≦ＤＩ１０≦３５μｍ、またはさらに１０μｍ≦ＤＩ１０≦３５μｍ。
【００７６】
いくつかのバッチ組成物における予備反応させた球状無機粒子の分布の狭さは、例えば、ＤＩ１０≧３μｍおよびＤＩ９０≦８５μｍの組合せを含んでもよい。他のバッチ組成物において、予備反応させた球状無機粒子は、ＤＩ１０≧３μｍおよびＤＩ９０≦４０μｍの組合せを有する。特定の例示の実施形態において、ＤＩ１０≧８μｍおよびＤＩ９０≦４０μｍの組合せが提供されてもよい。
【００７７】
あるいは、予備反応させた球状無機粒子の狭さは、関数ＤＩ９０−ＤＩ１０により表すことができる。いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の分布は、ＤＩ９０−ＤＩ１０≦５５μｍ、またはさらにＤＩ９０−ＤＩ１０≦４０μｍ、またはさらにＤＩ９０−ＤＩ１０≦３０μｍ、またはさらにＤＩ９０−ＤＩ１０≦２０μｍを有してもよい。予備反応させた球状無機粒子の分布のいくつかの特に狭い実施形態において、ＤＩ９０−ＤＩ１０≦１５μｍである。
【００７８】
ＤＩ９０−ＤＩ１０の範囲は、いくつかの実施形態において、１５μｍ≦ＤＩ９０−ＤＩ１０≦５５μｍであってもよく、または、他の実施形態において、２５μｍ≦ＤＩ９０−ＤＩ１０≦５５μｍであってもよい。いくつかの特に狭い実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の分布のＤＩ９０−ＤＩ１０の範囲は、３０μｍ≦ＤＩ９０−ＤＩ１０≦５５μｍであってもよい。
【００７９】
上述したように、いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の粒子サイズ分布の上述の分布幅係数ＤＩｂ、ＤＩ１０、ＤＩ９０、および／またはＤＩ９０−ＤＩ１０が満たされるように、細かいテール部分および／または粗いテール部分を除去するために、形成されたグリーン球状無機粒子またはか焼もしくは焼成された予備反応させた球状無機粒子が篩分けされるか、さもなければ分画されてもよい。本明細書において記載された粒子サイズは、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  Ｓ３５００レーザ回折計により測定される。
【００８０】
特定の予備反応させた球状無機粒子の例が以下の表１に示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、噴霧乾燥プロセス（ＳＰＤ）により形成された予備反応させた球状無機粒子のいくつかの代表的な粒子サイズ分布のプロットされた例を示している。予備反応させた球状無機粒子の相組成物は、最終的なハニカム体において求められる任意の所望の相組成物になるよう設計できる。例えば、予備反応させた球状無機粒子の相組成物は、コーディエライト、ムライト、およびチタン酸アルミニウム（以下、「ＣＭＡＴ」）の相を含んでもよい。しかし、本明細書において記載されたように他の組成物も可能である。予備反応させた球状無機粒子の形成に適した他の方法には、スピン乾燥、およびグリーン無機粒子を形成するためのスラリーの霧化が含まれ得る。次いで、グリーン無機粒子は、予備反応させた球状無機粒子を形成するためにか焼されてもよい。
【００８１】
【表１】
2021501118.tif 000002
【００８２】
およそＤＩ５０＝３０μｍ〜およそＤＩ５０＝５０μｍの噴霧乾燥したグリーン粒子の追加の例示の実施形態が、以下の表２に以下に示されている。
【００８３】
【表２】
2021501118.tif 000003
【００８４】
焼成された予備反応させた球状粒子サイズは、グリーン球状粒子サイズからわずかにシフトすることがある。上述から分かるように、ＤＩｂ≦１．０、ＤＩｂ≦０．９５、ＤＩｂ≦０．９０、ＤＩｂ≦０．８５、ＤＩｂ≦０．８０を有する、いくつかの実施形態において、さらに０．７５≦ＤＩｂ≦１．０を有する球状粒子の非常に狭い粒子サイズ分布を実現できる。同様に、球状粒子サイズの分布の狭さは、Ｄ９０−Ｄ１０により表すことができ、ここで、例えば、２５μｍ≦（Ｄ９０−Ｄ１０）≦４５μｍである。
【００８５】
細孔形成剤球状粒子
バッチ組成物は、予備反応させた球状無機粒子の分布の中央粒径ＤＩ５０に対して選択された範囲内になるように選択された細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒子サイズＤＰ５０を有する細孔形成剤球状粒子の分布をさらに有する。細孔形成剤球状粒子の中央粒子サイズＤＰ５０の選択された範囲は、以下に示される式４に示される関係により表される。
【００８６】
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９  ＤＰ５０  式４
予備反応させた球状無機粒子のサイズと比べたこの範囲の細孔形成剤球状粒子のサイズにより、予備反応させた球状無機粒子による良好な粒子充填を確保できる。細孔形成剤球状粒子のサイズが小さすぎると、細孔形成剤球状粒子は、予備反応させた球状無機粒子の充填の孔を単に満たすだけで、細孔形成剤として働かない。細孔形成剤粒子サイズがＤＩ５０より大きいと、粒子充填が妨げられることがあり、焼成中に緩和するリスクがあり、焼成中に不規則なかつ／もしくは場合によって大きい収縮を引き起こすか、または最悪の場合、場合によってハニカムのクラックもしくは粉末化につながる。したがって、ＤＩ５０未満のサイズを有する球状ポリマー細孔形成剤を使用することにより、予備反応させた球状無機粒子の密な充填が維持され、これは、焼成中、顕著な収縮を伴わずに空孔／細孔に変わる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、ＤＰ５０の範囲は、１５μｍ≦ＤＰ５０≦３０μｍであってもよい。他の実施形態において、式４中の予備反応させた球状無機粒子のサイズと比べたより狭い範囲の細孔形成剤球状粒子のサイズは、以下の式５および式６に示される関係により表すことができる。
【００８８】
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．８  ＤＰ５０  式５
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．７  ＤＰ５０  式６
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．６  ＤＰ５０、または０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．５  ＤＰ５０などのさらにより狭い範囲が使用されてもよい。上述は、最終的な焼成されたハニカム体における狭い細孔サイズ分布の利点をもたらすことができ、特定の気孔率において、狭い細孔サイズ分布（ｄ５０−ｄ１０／ｄ５０）の場合に、パティキュレートフィルタの圧力損失を低くすることができる。さらに、狭い細孔サイズ分布は、触媒コーティング中のより良い触媒使用およびより高い最終的な触媒効率を提供する。
【００８９】
バッチ組成物は、細孔形成剤球状粒子の比較的狭い粒子サイズ分布をさらに有してもよい。実施形態において、細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布の相対的な狭さは、１つの態様において、以下の式７に示される関係により表すことができる：
ＤＰｂ≦１．３２  式７
（式中、ＤＰｂは、細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布の分布幅係数である。）細孔形成剤球状粒子の分布の分布幅係数ＤＰｂは、以下に示される式８により定義される：
ＤＰｂ＝｛ＤＰ９０−ＤＰ１０｝／ＤＰ５０  式８
ＤＰ９０は、細孔形成剤粒子サイズ分布内の細孔形成剤球状粒子の特定の粗粒子径と本明細書において定義され、ここで、細孔形成剤粒子サイズ分布中の細孔形成剤球状粒子の９０％は、特定の粗粒子径以下の直径を有し、すなわち、残りの粒子（約９．９９９９％）は、より大きい径を有する。ＤＰ１０は、細孔形成剤粒子サイズ分布内の細孔形成剤球状粒子の特定の微粒子径と本明細書において定義され、ここで、細孔形成剤粒子サイズ分布中の細孔形成剤球状粒子の１０％は、微粒子径以下の粒子径を有し、すなわち、残り（約８９．９９９９％）は、より大きい径を有する。
【００９０】
他の実施形態において、細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布の狭さは、以下に示される式９または式１０により表すことができる。
【００９１】
ＤＰｂ≦１．３０  式９
ＤＰｂ≦１．２５  式１０
他の実施形態において、細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布の狭さは、ＤＰ９０−ＤＰ１０により表すことができ、ここで、いくつかの実施形態において、（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦２０μｍ、またはさらに（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦１５μｍである。
【００９２】
細孔形成剤球状粒子は、多孔質セラミックハニカム体１００において実現されるべき気孔率に応じて、任意の適切な量でバッチ組成物中に提供されてもよい。例えば、細孔形成剤球状粒子は、いくつかの実施形態において、バッチ組成物中に約５質量％  ＳＡＴ〜４０質量％  ＳＡＴの、またはさらに約１０質量％  ＳＡＴ〜２５質量％  ＳＡＴの量で提供されてもよく、ここで、ＳＡＴは、バッチ組成物中に存在する全無機物の質量％に対するものである。本明細書において用いられる「ＳＡＴ」は、バッチ組成物中に含まれる無機材料の総質量に対する上乗せ添加によることを意味する。
【００９３】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物内の細孔形成剤球状粒子は、１種類以上の非親水性材料を含んでもよい。例えば、細孔形成剤球状粒子は、非親水性のポリマー材料を含んでもよい。非親水性材料は、中性または疎水性のいずれかである。
【００９４】
非親水性ポリマーの例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリウレタン、ならびにそれらの誘導体および組合せが含まれ得る。バッチ組成物内の非親水性細孔形成剤球状粒子は、いくつかの実施形態において、中空気泡を含むことができ、または多孔質であってもよい。本発明者らは、天然のジャガイモ、エンドウ、またはトウモロコシの細孔形成剤と比べて低い親水性（疎水性ではない中性）を有する細孔形成剤球状粒子を使用すると、デンプンなどの親水性が高い細孔形成剤を含むバッチと比べて、同等のバッチ剛性（ベータ）に対してより低いバッチＬＶ％を有するバッチ組成物になることを発見した。これは、デンプンなどの親水性が高い細孔形成剤を含むバッチ組成物と比べて、同等のバッチ剛性（ベータ）に対してより低いバッチＬＶ％を有するバッチ組成物につながる。これは、乾燥する時間が短くなり、押し出されたハニカム体の乾燥時の収縮が少なくなり、したがって、最終的な形状制御および寸法制御が改善されるという付随的な利点を有する。押出中の壁の裂けがより少なくなる場合もある。
【００９５】
さらに詳細には、細孔形成剤球状粒子の例示の実施形態は、例えば、ＭＰ≧１００℃、またはさらにＭＰ≧１２０℃の融点ＭＰを有し得る非親水性ポリマー粒子を含んでもよい。いくつかの実施形態において、細孔形成剤球状粒子は、相変化材料を含んでもよい。「相変化材料」は、高い融解熱を有する物質であり、特定の温度で融解および凝固しながら、大量のエネルギーを貯蔵および放出できる。
【００９６】
非親水性細孔形成剤球状粒子の粒子サイズ分布の例が、以下の表３に示されている。しかし、所望の中央粒子サイズおよび狭さを有する親水性ポリマーなどの他の適切な細孔形成剤球状粒子が使用されてもよい。
【００９７】
【表３】
2021501118.tif 000004
【００９８】
これらのタイプの細孔形成剤ポリマー球状粒子の代表例の粒子サイズ分布（分画体積％対粒子径（μｍ））を、図５に示す。認識されるように、任意の適切な直径の細孔形成剤ポリマー球状体粒子が、例えば、本明細書の式４に記載された関係にしたがって、予備反応させた球状無機粒子のサイズの関係を満たすように生成されてもよい。
【００９９】
細粒
その上、バッチ組成物は、小さい質量パーセントの微細無機粒子（「細粒」）を含んでもよい。特に、バッチ組成物は、２０質量％  ＳＡＰ未満の微細無機粒子を含んでもよい。微細無機粒子（「細粒」）は、バッチ組成物に添加された「細粒」の粒子サイズ分布が５μｍ未満の「細粒」の分布の中央粒径を有してもよい、比較的小さい粒子である。本明細書において用いられる「ＳＡＰ」は、以下に示される式１１により定義されているように、バッチ組成物中に含まれる予備反応させた球状無機粒子（ＰＩ）の総質量に対する上乗せ添加によることを意味する：
質量％  ＳＡＰでの細粒＝（「細粒」の質量／ＰＩの質量）×１００  式１１
他の実施形態において、バッチ組成物は、「細粒」の粒子サイズ分布が５μｍ未満の中央粒径を有する、１５質量％  ＳＡＰ未満の微細無機粒子を含む。さらに別の実施形態において、バッチ組成物は、「細粒」の分布が５μｍ未満の中央径を有する、１０質量％  ＳＡＰ未満の微細無機粒子、またはさらに「細粒」の粒子サイズ分布が５μｍ未満の中央径を有する、７．５質量％  ＳＡＰ未満の微細無機粒子を含む。バッチ組成物中の「細粒」は、焼成時、予備反応させた球状無機粒子間のセラミック相互接続を形成するバッチ中の無機バインダとして機能する。そのような微細酸化物粉末（「細粒」）は、質量当たりの表面積が大きく、その大きい表面積のために、バッチ組成物中のＬＶと強く相互作用する。大部分の「細粒」は親水性であり、したがって、多くのＬＶを「結合」する傾向があり、したがって、ＬＶおよび粒子の移動度を低下させ、これは、バッチ組成物を増粘させ、バッチ組成物の摩擦を増加させるよう機能する。内部のバッチ組成物の摩擦が大きいほど、押出ダイを通るバッチ組成物の摩擦が大きいことを意味する。これにより、押出ダイにバッチ組成物を押し通す押出圧力がより高くなり、したがって、低いＴｏｎｓｅｔおよび低い押出速度の両方につながる。したがって、バッチ組成物中の細粒を最小限にすることが望ましい。
【０１００】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物中の「細粒」は、微細タルク、微細アルミナ、および微細シリカ（例えば、コロイド状シリカ）の組合せを含んで差し支えない。さらに別の実施形態において、バッチ組成物に添加された微細アルミナ粒子および微細シリカ粒子は各々、２μｍ未満の中央粒径を有する粒子サイズ分布を有する。しかし、「細粒」は、シリカ、アルミナ、および／またはマグネシアの供給源を含む５μｍ未満の中央粒径を有する無機粒子の任意の適切な組合せを含んで差し支えない。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物中の微細無機粒子（「細粒」）は、５μｍ未満の中央粒径を有する粒子分布を各々有するアルミナ粒子、タルク粒子、およびシリカ粒子の組合せを含んでもよい。
【０１０２】
さらに別の実施形態において、バッチ組成物は、３質量％超でかつ１５質量％未満の微細無機粒子を含み、ここで、微細無機粒子の分布は、５μｍ未満の中央粒径を有する。他の実施形態において、バッチ組成物は、３質量％超でかつ１０質量％未満の微細無機粒子を含み、ここで、微細無機粒子の分布は、５μｍ未満の中央粒径を有する。いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、３質量％超でかつ７．５質量％未満の微細無機粒子を含み、ここで、微細無機粒子の分布は、５μｍ未満の中央粒径を有する。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、バッチ組成物中の細粒は、約１質量％  ＳＡＰ〜５質量％  ＳＡＰのアルミナ粒子、１質量％  ＳＡＰ〜７質量％のタルク粒子、および０．５質量％  ＳＡＰ〜３質量％  ＳＡＰのシリカ粒子を含み、ここで、ＳＡＰは、バッチ組成物中に含まれる予備反応させた球状無機粒子の総質量に対する上乗せ添加による。いくつかの実施形態において、微細無機粒子は、いくつかの実施形態において、約１μｍ未満、またはさらに０．７μｍ未満の中央粒径を有する粒子分布を有する非常に微細なアルミナ粒子を含んでもよい。いくつかの実施形態において、微細無機粒子は、約５μｍ未満の中央粒子サイズを有する粒子分布を有する微細タルク粒子を含んでもよい。いくつかの実施形態において、微細無機粒子は、約０．５μｍ未満、またはさらに０．１μｍ未満の平均径を有する粒子分布を有する微細シリカ粒子を含んでもよい。微細シリカ粒子は、例えば、コロイド状シリカであってもよく、水中の懸濁液（例えば、水中で４０％の懸濁液）として提供されてもよい。
【０１０４】
アルミナ、タルク、およびシリカを含む「細粒」が無機バインダとして組み合わせて使用されるとき、焼成時にコーディエライトおよび予備反応させた球状無機粒子間の領域内のいくらかのガラス相を生成するための組成物が目標とされる。最終的な多孔質セラミックハニカムにおけるガラス形成を促進するために、セリア、イットリア、カルシア、他のアルカリ土類、希土類またはアルカリなどの低レベルのガラス形成剤がバッチ組成物に添加されてもよい。そのようなガラス形成剤は、ＳＡＰに基づいて１．０質量％、０．５質量％、０．３質量％またはそれ未満のレベルでバッチ組成物中に提供されてもよい。
【０１０５】
アルミナおよびタルクだけが微細無機バインダ（「細粒」）および場合によってガラス形成剤として組み合わせて使用されるとき、焼成時にムライト、コーディエライト、および予備反応させた球状無機粒子間の領域内のガラス相を生成するための組成物が目標とされる。
【０１０６】
アルミナ、タルク、シリカ、およびチタニアが無機バインダとして組み合わせて使用されるとき、焼成時にコーディエライト、擬ブルッカイト、および予備反応させた球状無機粒子間の領域内のいくらかの副ガラス相を生成するための組成物が目標とされる。
【０１０７】
本発明者らによって発見されたように、バッチ組成物中の「細粒」としてｄ５０＜１μｍを有する少量の非常に微細なチタニア粉末でさえ、非常に粘性のあるスリップ層を生成し、タウＹ／ベータ比を従来の予備反応させていないバッチのタウＹ／ベータ比付近まで劇的に低下させることができる。したがって、高い押出速度のための設計として、バッチ組成物中の無機バインダはチタニアを実質的に含まなくてもよい。チタニアを実質的に含まないとは、０．３％  ＳＡＰ未満のチタニアを意味する。しかし、いくつかの実施形態において、バッチ組成物の押出特性を調整するためのプロセスレバーとして、「細粒」中のチタニアが使用されてもよい。
【０１０８】
ＡＲａｖｇ
実施形態において、予備反応させた球状無機粒子２０３および細孔形成剤球状粒子２０６は球状である。本明細書において用いる場合、球状は、球形の外形を有することを意味する。球形の外形は、図２に示されるように、以下の式１２に示されるように球状粒子の最大幅寸法Ｗ１を最短幅寸法Ｗ２で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比ＡＲａｖｇを有するとして定義される：
ＡＲａｖｇ＝Ｗ１／Ｗ２  式１２
特に、１つまたは複数の実施形態において、細孔形成剤球状粒子２０６は平均アスペクト比ＡＲａｖｇを有してもよく、ここで、ＡＲａｖｇ≦１．１である。ＡＲａｖｇ≦１．１を有するいくつかのポリマー球状粒子が市販されている。同様に、予備反応させた球状無機粒子２０３は平均アスペクト比ＡＲａｖｇを有してもよく、ここで、ＡＲａｖｇ≦１．２である。
【０１０９】
予備反応させた球状無機粒子２０３においてこのＡＲａｖｇ≦１．２を実現するために、予備反応させた球状無機粒子２０３は、例えば、国際公開第２０１６／１３８１９２号に詳しく記載されているように、噴霧乾燥プロセスにより形成されてもよい。いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子２０３は、球状形状を維持するために、予備反応させた球状無機粒子２０３の組成に応じて、約１，０００℃〜１，６５０℃、またはさらに約１２００℃〜１，６００℃の温度でなど、適切な温度で、噴霧乾燥したグリーン粒子を回転か焼することにより形成されてもよい。
【０１１０】
有機バインダ
バッチ組成物は有機バインダを含んでもよい。有機バインダは、例えば、疎水性改質セルロースエーテルバインダであってもよい。いくつかの実施形態において、疎水性改質セルロースエーテルバインダは、以下に限られないが、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、それらの混合物などであってもよい。メチルセルロース誘導体および／またはメチルセルロース誘導体は、メチルセルロースおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースが使用されているバッチ組成物に有機バインダとして使用するのに特に適している。セルロースエーテルの供給源は、ＤＯＷ（登録商標）  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．から入手できるＭＥＴＨＯＣＥＬ（商標）セルロース製品である。
【０１１１】
以下の表７に開示されるものなど、バッチ組成物のいくつかの実施形態は、メチルセルロースおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースの組合せを含んでもよい。セルロースエーテルバインダの他の組合せは、異なる分子量を有するセルロースエーテルを含んでもよい。あるいは、セルロースエーテルの組合せは、異なる疎水基、異なる濃度の同じ疎水基、または他のセルロースエーテル組合せを有するセルロースエーテルを含んでもよい。異なる疎水基は、非限定的な例として、ヒドロキシエチルまたはヒドロキシプロピルであってもよい。
【０１１２】
有機バインダは、約４．０質量％  ＳＡＴ〜８．０質量％  ＳＡＴの量でバッチ組成物中に提供されてもよく、ＳＡＴは、バッチ組成物中に存在する全無機物（例えば、予備反応させた無機物球状粒子に無機「細粒」を加えたもの）の質量％に対するものである。有機バインダは、いくつかの実施形態において、ヒドロキシエチルメチルセルロースバインダが、約２．０質量％  ＳＡＴ〜６．０質量％  ＳＡＴであり、ヒドロキシプロピルメチルセルロースバインダが、約１．０質量％  ＳＡＴ〜３．０質量％  ＳＡＴである、ヒドロキシエチルメチルセルロースバインダおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースバインダの組合せであってもよい。有機バインダの他の適切な組合せが使用されてもよい。
【０１１３】
ＬＶ％
１つまたは複数の実施形態において、バッチ組成物は、液体ビヒクルパーセントＬＶ％で提供される、脱イオン水などのＬＶを含む。バッチ組成物中のＬＶ％は、従来のバッチにおいて使用される量を大幅に上回るが、非常に高いバッチ剛性（高いタウＹ−例えば、タウＹ≧８．０）を保持できる。
【０１１４】
バッチ組成物中に存在する無機物の総量（ＳＡＴ）（例えば、予備反応させた球状無機粒子と「細粒」との合計）に対する上乗せ添加による２２％≦ＬＶ％≦５０％の質量でＬＶがバッチ組成物に添加されてもよい。細孔形成剤球状粒子が非親水性ポリマーなどの非親水性材料を含む例示の実施形態において、バッチ組成物の無機物に対する上乗せ添加による（ＳＡＴ）２２％≦ＬＶ≦３５％の重量を含むようなより少量のＬＶ。したがって、当然ながら、親水性の細孔形成剤球状粒子と比べて、より少ない裂けおよびより高いバッチ剛性（例えば、より高いベータ）を提供できる。したがって、非親水性、または少なくともデンプンより非親水性の細孔形成剤球状粒子は、バッチ組成物に使用するのに有利である。
【０１１５】
使用中、ＬＶは、有機バインダが溶解する媒体を提供し、したがって、バッチ組成物に可塑性を与え、その中で微細無機粒子（「細粒」）および予備反応させた球状無機粒子の濡れを実現する。ＬＶは、水性ベースの液体であっても差し支えなく、これは、通常、水または水混和性溶剤である。１つの実施において、ＬＶは脱イオン水であるが、アルコールなどの他の溶剤も使用できる。
【０１１６】
バッチ組成物中のＬＶ％は、バッチ組成物中に存在する無機粒子（予備反応させた球状無機粒子に「細粒」を加えたもの）の総質量に対して、質量で、いくつかの実施形態においてＬＶ％≧２２％（ＳＡＴ）であり、さらにＬＶ％≧２５％、またはさらにＬＶ％≧３０％、またはさらにＬＶ％≧３５％、またはさらにＬＶ％≧４０％、またはさらにＬＶ％≧４５％上乗せ添加（ＳＡＴ）であってもよい。
【０１１７】
注目すべきことに、本明細書の発明者らによって発見されたように、そのような高い液体分（ＬＶ％≧２２％（ＳＡＴ）、（ＬＶ％≧２５％（ＳＡＴ）、またはさらに（ＬＶ％≧３０％（ＳＡＴ））さえも有する、本明細書において開示されたバッチ組成物から形成された湿ったグリーンハニカム体１００（図１）は、低いベータから分かるように、非常に低い壁抵抗を有するが、注目すべきことに、比較的高いタウＹから分かるように、優れた形状制御が保持されるような非常に高いバッチ剛性も有する。
【０１１８】
特に、以下の表８に示されるように、タウＹ／ベータの高い比も、本明細書において記載されたバッチ組成物を使用することにより実現される。本明細書において記載されたバッチ組成物を使用して、タウＹ／ベータ≧３．０、タウＹ／ベータ≧３．５、タウＹ／ベータ≧４．０、またはさらにタウＹ／ベータ≧４．５の比を実現できる。いくつかの実施形態において、タウＹ≧１０．０、タウＹ≧１４．０、またはさらにタウＹ≧１８．０を実現できる。いくつかの実施形態において、ベータ≦５．０、ベータ≦４．０、またはさらにベータ≦３．５を実現できる。
【０１１９】
細孔形成剤球状粒子２０６が非親水性である例示の実施形態において、優れた形状制御が保持されるような比較的低いベータ（例えば、ベータ≦５．０）および比較的高いタウＹ（タウＹ≧８．０）を実現できるが、より低いＬＶ％（例えば、ＬＶ≦３５％（ＳＡＴ）、ＬＶ≦３０％（ＳＡＴ）、またはさらにＬＶ≦２５％（ＳＡＴ））が使用されてもよく、それによって、同等レベルの親水性細孔形成剤に、より小さい乾燥減量および本質的により高いバッチ剛性を実現してもよい。
【０１２０】
タウＹおよびベータの決定
Ｂｒａｂｅｎｄｅｒミキサー（ミキサータイプ３５９を備えた市販のＢｒａｂｅｎｄｅｒ  Ｐｌａｓｔｏｇｒａｐｈ  ＥＣ  ３．８ｋＷ、２００ＮＭ／１５０ｍｉｎ）内で様々な成分を高剪断混合することにより、バッチ無機物（予備反応させた球状無機粒子、および「細粒」）、細孔形成剤粒子、有機バインダ、ＬＶ（例えば、脱イオン水）、および任意選択の滑剤の混合物から、ペーストを含む均質なセラミックバッチ組成物を調製した。いくつかの実施形態において、ペーストの粘稠度が適切となるように、ペーストの剛性を針入度計で測定した。デジタルフォースゲージを備えた市販の針入度計ＥＳＭ−３０１Ｅモータ駆動試験台を使用した。
【０１２１】
バッチ組成物のペーストの流動特性は、ピストンを装備し、複数のキャピラリー長を有する市販のデュアルボアキャピラリーレオメータ（以下、「キャピラリーレオメータ」）を使用して測定される。バッチ剛性および壁抵抗の両方をキャピラリーレオメータで同時に測定できる。キャピラリーレオメータ９００の一例が図９に示されている。
【０１２２】
使用されるキャピラリーレオメータ９００は、１６ｍｍの直径Ｄと、１ｍｍのキャピラリー径ｄを有する小さい円形のボア孔を備えた、異なる長さＬの数本のキャピラリー９０８とを有する複数の円筒形のバレル９０２を備えている。キャピラリー長Ｌは、０ｍｍ〜１６ｍｍに及び、特に０ｍｍ（実際には実用性のために０．２５ｍｍ）、４ｍｍ、１０ｍｍ、および１６ｍｍであった。ピストン９０４の各々に相互接続されたクロスメンバ９０６に力Ｆを加えることによるなど、ピストン９０４に力Ｆが加わるとバレル９０２内で並進運動するようにディスク形ピストン９０４を取り付けた。上述したように混合された後、ペーストを含むバッチ組成物９１０は、キャピラリーレオメータ９００のバレル９０２に挿入され、そこから、様々なレベルの力Ｆでキャピラリー９０８内にかつそれを通じて押し出され、したがって、異なる速度Ｖが生じる。バッチ組成物９１０に接触し、それをキャピラリー９０８を通じて押し出すピストン９０４に与えられる圧力Ｐｔｏｔａｌおよび速度Ｖｐを測定することにより、キャピラリーレオメータ９００全体の代表的な圧力損失Ｐｔｏｔａｌが決定される。各ダイ（例えば、長いダイおよびゼロ長さのダイが示されている）の全圧Ｐｔｏｔａｌは、バレル９０２内に収められたバッチ組成物９１０に加わる圧力Ｐｔｏｔａｌを測定する圧力センサ９１２から決定される。
【０１２３】
キャピラリー９０８内のバッチ組成物９１０の速度Ｖは、以下の式１３による、面積の代表的な比によるピストン速度Ｖｐに関係する：
Ｖ＝Ｖｐ（Ｄ２／ｄ２）  式１３
ピストン速度Ｖｐは、（ｉ）ピストン９０４またはクロスメンバ９０６と、（ｉｉ）地面またはバレル９０２を備えている押出機本体のいずれかとの間に連結された適切な変位センサ９１４により測定できる。バッチ組成物のタウＹおよびベータの値を出力として与えることができる計算を実行するように十分に構成された適切なプロセッサおよびメモリを備えている適切なコントローラ９１６に全圧Ｐｔｏｔａｌおよびピストン速度Ｖｐを提供することができる。
【０１２４】
異なる押出速度に対する異なる長さＬ（１６ｍｍ、１０ｍｍ、４ｍｍ、および０．２５ｍｍのＬ）および１ｍｍのキャピラリー径ｄの４種類のキャピラリー９０８を示す例示のキャピラリー速度掃引試験からの代表的な生データが以下の表４に示されている。ピストン９０４の押す速度（「プランジャー」）およびキャピラリーから出てくる押出速度（「ヌードル」）ならびに全圧Ｐｔｏｔａｌが各長さＬに対して提供される。
【０１２５】
【表４】
2021501118.tif 000005
【０１２６】
０．２５ｍｍ長（または約０ｍｍ長）の長さＬを有する最短のキャピラリー９０８が押出に使用されるときは、バッチ組成物９１０は、その形状をバレル９０２の比較的大きい直径Ｄ（１６ｍｍ）からキャピラリー９０８の比較的小さい直径ｄ（１ｍｍ）まで適合させなければならない。このキャピラリー９０８（「ほぼゼロのキャピラリー」）全体の圧力損失Ｐｔｏｔａｌは、バッチ組成物が１６ｍｍのバレルから１ｍｍのキャピラリー９０８に幾何学的に収縮するのに必要な圧力によるバッチ剛性に対応する。「ほぼゼロのキャピラリー」の使用は、その長さが短い（ほぼＬ＝０）ため壁抵抗成分が最小になり、したがって実際上無視できるので、流入損失成分を示すことができ、流入損失成分の決定に使用できる。より長いキャピラリー（例えば、１６ｍｍ長のキャピラリー）の使用は、キャピラリー９０８の壁の長さＬに沿った摩擦／抵抗に起因する壁抵抗成分およびその形状の変化に起因するバッチ組成物の硬化、すなわち、流入損失成分の両方を生じる。したがって、速度Ｖの関数として測定された圧力損失Ｐｔｏｔａｌは流入損失成分Ｐｅおよび壁抵抗成分Ｐｗの両方を含むであろうし、明らかであるようにこれらは分離できる。
【０１２７】
バッチ組成物を、キャピラリー長Ｌ（０ｍｍ〜１６ｍｍ）の異なる長さのキャピラリーについて、１０種類の異なる速度Ｖ（実際上０ｍｍ／秒〜４インチ／秒（１０１．６ｍｍ／秒）の速度（Ｖ））および約２５℃の一定温度で、キャピラリー速度掃引試験により試験した。キャピラリー９０８を通じた押出速度Ｖ（ヌードル）を連続的により高い速度Ｖへ増加させ、各ステップについて、定常状態の速度Ｖに達したとき、センサ９１２により代表的な全圧力損失（Ｐｔｏｔａｌ）を記録した。キャピラリー９０８の各長さＬにおけるこの生のＰｔｏｔａｌおよび速度Ｖデータをコントローラ９１６に提供し、メモリに保存した。各々測定されたバッチ組成物のタウＹおよびベータを計算するために、本明細書において記載されたさらに別の計算を行う。例の値が、１つのバッチ組成物について以下の表５に示されている。
【０１２８】
【表５】
2021501118.tif 000006
【０１２９】
図１０に示されるように、速度Ｖ（インチ／秒）に対する流入圧力Ｐｅ（ｐｓｉ）のプロットが示されており、ゼロ長さ（０．２５インチ（約６．３５ｍｍ））のキャピラリー９０８により与えられた速度Ｖの関数としての流入圧力損失の非直線性を示している。
【０１３０】
４種類の異なるキャピラリーおよび１０種類の速度によるキャピラリー速度掃引試験からの生データ出力の代表例が図７Ｂに示されており、１つのキャピラリー長（より大きいＬ値は、より高い圧力を示す）に各々対応する複数のステップおよび複数の曲線において、予備反応させた球状無機粒子を含むバッチ組成物の試験値を示している。図７Ａは、代表的な従来の反応性バッチ組成物を示し、図７Ａおよび図７Ｂはいずれも、従来のバッチ組成物と、同じ試験手順を使用して予備反応させた球状無機粒子の例示の実施形態を含むバッチ組成物との間の全圧（ｐｓｉ）の比較的大きい差を示すために同じスケールに設定されている。生データは、任意の適切なソフトウェアプログラムを使用することにより、速度に対する圧力のプロットに変換できる。いくつかの実施形態による噴霧乾燥された予備反応させたＣＭＡＴバッチ組成物（図８Ｂ）に対する従来の（反応性の）コーディエライトムライトチタン酸アルミニウム（ＣＭＡＴ）反応性バッチ組成物（図８Ａ）について、速度に対する圧力のプロットが図８Ａおよび図８Ｂに示されている。
【０１３１】
上述したように、測定された全圧力損失Ｐｔｏｔａｌは、流入圧力Ｐｅに壁抵抗の寄与Ｐｗを加えたものに等しく、以下の関係により表すことができる：
Ｐｔｏｔａｌ＝Ｐｅ＋Ｐｗ
Ｄからｄへの幾何学的収縮に亘る、キャピラリー９０８を通じたキャピラリーレオメータ９００内のバッチ組成物９１０の圧力損失をバッチレオロジーと関連付ける多数のモデルが開発されてきた。キャピラリー特徴には、キャピラリー径ｄ、キャピラリー長Ｌ、ならびにキャピラリー材料およびキャピラリー表面粗さと関連する側面を有するが、所与の長さＬおよび直径ｄの所与のキャピラリー９０８に対して変化しない定数が含まれる。本明細書において記載された試験方法を使用して、本明細書において記載された様々なバッチ組成物のレオロジー特性を定義する特有のパラメータであるタウＹ（降伏応力）およびベータ（壁抵抗係数）を含むバッチレオロジー特徴を決定する。
【０１３２】
Ｂｅｎｂｏｗ−Ｂｒｉｄｇｗａｔｅｒモデルを使用して、キャピラリー長Ｌ、キャピラリー径ｄ、速度Ｖ、壁抵抗係数β（ベータ）、および壁速度指数ｍの関数として壁抵抗Ｐｗを表す［以下の参考文献を参照：Ｊ．Ｂｅｎｂｏｗ，Ｊ．Ｂｒｉｄｇｗａｔｅｒ，Ｐａｓｔｅ  ｆｌｏｗ  ａｎｄ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ，Ｏｘｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，１９９３およびＪ．Ｊ．Ｂｅｎｂｏｗ，Ｅ．Ｗ．Ｏｘｌｅｙ，Ｊ．Ｂｒｉｄｇｗａｔｅｒ  “Ｔｈｅ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  ｐａｓｔｅｓ  −  ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｐａｓｔｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ”；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ５３，２１５１（１９８７）］。このモデルは、以下の式１４のように壁抵抗Ｐｗを特徴付ける：
Ｐｗ＝｛４Ｌ／ｄ｝［βＶｍ］  式１４
式中：
Ｌはキャピラリー長であり
ｄはキャピラリー径であり
β（ベータ）は壁抵抗係数であり
ｍは壁速度指数であり
Ｖは、壁におけるペーストの速度である
しかし、壁における剪断応力Ｔｗは以下の式１５で示される：
Ｔｗ＝βＶｍ  式１５
したがって、壁抵抗圧力成分は、以下の式１６のように表すことができる：
Ｐｗ＝（４Ｌ／ｄ）Ｔｗ  式１６
剪断応力の自然対数（Ｌｎ（Ｔｗ））を速度の自然対数（Ｌｎ（Ｖ））に対してプロットする。このプロットされたデータから、Ｌｎ（Ｔｗ）とＬｎ（Ｖ）のプロットのｙ切片としてβ項を導出することができ、ｍはその線の傾きである。０インチ／秒〜４インチ／秒（０ｍｍ／秒〜約１０１．６ｍｍ／秒）の長さデータに亘って傾きｍを決定する。外れ値は無視し、試験を複数回実施して、各バッチ組成物の結果を平均すべきである。
【０１３３】
流入圧力Ｐｅは以下の式１７により近似できる：
Ｐｅ＝２｛タウＹ＋ｋＶｎ｝｛Ｌｎ（Ｄ／ｄ）｝  式１７
Ｐｔｏｔａｌ＝Ｐｅ＋Ｐｗであることを考えると、このモデルにより、全圧Ｐは以下の式１８に示されるように定義される：
Ｐｔｏｔａｌ＝２｛タウＹ＋ｋＶｎ｝｛Ｌｎ（Ｄ／ｄ）｝＋｛４Ｌ／ｄ｝［βＶｍ］  式１８
式中：
タウＹは、バッチ組成物の降伏応力であり
ｋは粘稠度指数であり
ｎはバルク速度指数であり
Ｄは押出機バレル径であり
ｄはキャピラリー径であり
Ｌはキャピラリー長であり
β（ベータ）は壁抵抗係数であり
ｍは壁速度指数であり
Ｖは、壁におけるペーストの速度である
測定されたパラメータと計算されたパラメータとの間の差を最小にするために、Ｅｘｃｅｌに備えられたソルバーまたは他の任意の反復ソルバーなどのソルバーを使用することにより、３パラメータカーブフィットにより、測定されたデータからタウＹ、ｋ、およびｎの値を導出できる。タウＹおよびβ（ベータ）の値は、本明細書において記載されたバッチ組成物の押出レオロジー特性を特徴付けるために本明細書において用いられるパラメータであり、上述したように計算される。この測定された生データから、コントローラ９１６は、タウＹおよびベータの両方を計算する。
【０１３４】
滑剤／界面活性剤
バッチ組成物は、油滑剤などの滑剤をさらに含んでもよい。油滑剤の非限定的な例には、トール油、軽質鉱油、トウモロコシ油、高分子量ポリブテン、ポリオールエステル、軽質鉱油およびワックスエマルションのブレンド、トウモロコシ油中のパラフィンワックスのブレンド、前述の組合せなどが含まれる。滑剤の量は、約０．５質量％  ＳＡＴ〜約５質量％  ＳＡＴであってもよい。例示の実施形態において、油滑剤は、バッチ組成物中に約０．５質量％  ＳＡＴ〜約２．５質量％  ＳＡＴ存在するトール油であってもよい。
【０１３５】
さらに、バッチ組成物は、界面活性剤、特にコーディエライト生成バッチ組成物を含んでもよい。バッチ組成物中で使用できる界面活性剤の非限定的な例は、Ｃ８〜Ｃ２２の脂肪酸および／またはその誘導体である。これらの脂肪酸と共に使用できる追加の界面活性剤成分は、Ｃ８〜Ｃ２２の脂肪エステル、Ｃ８〜Ｃ２２の脂肪アルコール、およびこれらの組合せである。例示の界面活性剤は、ステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、リノール酸、パルミトレイン酸、およびそれらの誘導体、ラウリル硫酸アンモニウムと組み合わせたステアリン酸、前述のいずれかの組合せなどである。界面活性剤の量は典型的には、バッチ組成物中、約０．２５質量％  ＳＡＴ〜約２質量％  ＳＡＴであってもよい。
【０１３６】
相組成物
さらに詳細には、予備反応させた球状無機粒子は、バッチ組成物に添加される前に所望の結晶相組成物を含むように予備焼成される粒子を含む。予備反応させた粒子により生成された多孔質セラミックハニカムは、設計された粒子サイズ分布ならびに無機相組成物を有してもよい。得られた焼成された多孔質セラミックハニカム体は、固形物内に結晶相を含むことによって特徴付けることができ、モルフォロジーは、物体の形状およびセラミック物品内の細孔の形状によって特徴付けることができる。一例として、制限されることなく、予備反応させた球状無機粒子は、１種類以上の相組成物を含んでもよい。多くの実施形態において、一次相および二次相または副相など、少なくとも二相組成物が提供される。任意選択で、予備反応させた粒子は、１種類を超える二次相または副相を含んでもよい。
【０１３７】
例のバッチ組成物
特定の予備反応させた球状無機粒子、細孔形成剤球状粒子、および「細粒」を含むバッチ組成物の例が、以下に示される表６および表７に示されている。レオロジー性能が表８に示されている。バッチ組成物中に存在してもよい「細粒」の量およびタイプは上述した。示された実施形態において、予備反応させた球状無機粒子の相組成物はＣＭＡＴを含み、二チタン酸マグネシウムを含むチタン酸アルミニウムの固溶体の主相、コーディエライトの第２の相、いくらかのムライトを含み、ガラス相も含んでもよい。しかし、明らかになるように、予備反応させた球状無機粒子の他の結晶相組成物が製造されてもよい。
【０１３８】
【表６】
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【０１３９】
【表７】
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【０１４０】
【表８】
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【０１４１】
上述の実施形態は、いくつかの異なるサイズの細孔形成剤球状粒子を含む。細孔形成剤１は、２５．８μｍのＤＰ５０を有する非親水性ポリマー細孔形成剤球状粒子を含み、細孔形成剤２は、１７．１μｍのＤＰ５０を有する非親水性ポリマー細孔形成剤球状粒子を含む。しかし、上述の式４、式５、および式６により記載されたサイズの範囲内の他の球状細孔形成剤粒子が使用されてもよい。さらに、多孔質セラミック物品（例えば、多孔質セラミックハニカム体）における所望の気孔率に応じて、他の質量パーセントＳＡＴが使用されてもよい。
【０１４２】
製造されたセラミック物品
バッチ組成物を使用して製造されたグリーン体物品（例えば、グリーンハニカム体）の乾燥および焼成により生成される多孔質セラミック物品（例えば、多孔質ハニカム体）は、任意の所望の最終的なセラミック組成物を含んでもよい。例えば、セラミック物品の最終的な相組成物は、主相（５０体積％超）としてチタン酸アルミニウム固溶体（擬ブルッカイト）などのチタン酸アルミニウムベースの組成物、ならびに二次相および／または追加の相としてコーディエライト、長石、ムライト、スピネル、アルミナ、ルチル、または同様の酸化物などの他の相を含んでもよい。他の実施形態において、多孔質セラミック物品の最終的なセラミック組成物は、コーディエライト、または金属、金属間化合物、ムライト、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコン、アルカリおよびアルカリ土類アルミノシリケート、スピネル、ペロブスカイト、ジルコニア、セリア、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、ならびにゼオライトを含む他の酸化物セラミックもしくは非酸化物セラミックを含んでもよい。
【０１４３】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）、部分フィルタ、触媒担体、触媒基材、ならびに組み合わせられた基材およびパティキュレートフィルタ装置を製造するために、本開示の例示の実施形態による予備反応させた球状粒子および細孔形成剤球状粒子の組合せを含むバッチ組成物から形成された多孔質セラミック物品が使用されてもよい。予備反応させた球状無機粒子を含むバッチ組成物から製造された多孔質セラミック物品は、高いウォッシュコート添加量および触媒添加量で低いクリーンな圧力損失ならびに低い圧力損失を可能にする比較的大きい細孔サイズおよび高い気孔率、良好な強度および低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を示すことができる。したがって、本開示の例示の実施形態は、低い圧力損失、高い濾過効率、および良好な耐熱衝撃性を提供しながら、高い選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒添加量および／または高い脱ＮＯｘ触媒効率の組込みを可能にする。
【０１４４】
ハニカム体の製造
本開示の例示の実施形態は、本明細書において記載された定義された相対的なサイズで提供された予備反応させた球状無機粒子、細孔形成剤球状粒子の組合せを「細粒」と共に含むバッチ組成物を使用することによりハニカム体１００（図１）を製造するためのプロセスも提供する。そのようなハニカム体１００の製造において、非理想混合物と見なしてもよい（本明細書において記載された）バッチ組成物は、図３に示した押出機３００を通じて押し出すことができる。押出機３００は、所望のセル形状に形成された細い交差スロットの配列を有する押出ダイ３０８を備えている。正方形、長方形、三角形、六角形、および同種のものなどの任意の適切なセル形状が使用されてもよい。予備反応させた球状無機粒子２０３、「細粒」、および細孔形成剤球状粒子２０６の乾いたバッチ組成物は、有機バインダ、液体ビヒクル（ＬＶ）、場合によって油滑剤、および場合によって界面活性剤と結合され、成分を混合および／または混練することにより可塑化されて、少なくとも部分的に可塑化されたバッチが生成される。次いで、少なくとも部分的に可塑化されたバッチは、二軸スクリュー押出機などの押出機３００に供給される。本明細書において用いられる「可塑化」は、ＬＶ（例えば、脱イオン水）および場合によって滑剤および界面活性剤を含み、ペースト粘稠度を有するために混合および／または混練されたバッチ混合物の性質を意味する。
【０１４５】
可塑化を開始するために、マラー、オーガーミキサー、ダブルアームミキサー、またはプローブレードミキサーまたは同種のものによるような任意の適切な混合装置または混合装置の組合せにより、バッチ組成物が初めに混合／混練されてもよい。有機バインダおよび予備反応させた球状無機粒子および細孔形成剤球状粒子をウェットアウトし、部分的に可塑化されたバッチ組成物を生成するための滑剤および／または界面活性剤と共に、予備反応させた球状無機粒子、「細粒」、細孔形成剤球状粒子、有機バインダを水和するためにＬＶが添加されてもよい。
【０１４６】
押出機３００に断続的に供給できる材料のパッグ３１０として、あるいは部分的に可塑化されたバッチ組成物の小さいパッグまたはさらに顆粒もしくは流れなど、より少量の材料の連続的または半連続的な供給流として可塑化バッチ組成物が構成されてもよい。混合および／または混練された、適切な形態および粘稠度の可塑化バッチ組成物３１２を押出機３００に供給できる。さらに、押出プロセスが本明細書において記載されているが、選択肢として、一軸もしくは静水圧プレス、射出成形、または同種のものによるなど、他の適切な成形プロセスにより、バッチ組成物が、可塑化バッチ組成物からグリーンハニカム体１００に適切に成形されてもよい。
【０１４７】
再び図３を参照すると、部分的に可塑化されたバッチ組成物３１２を押出機３００に提供し、それから押し出すことにより、グリーンハニカム体１００Ｇに成形することができる。押出は、適切な量の剪断をバッチ組成物３１２に与える任意の適切なタイプの押出機３００により実施できる。例えば、液圧ラム押出機、二段脱気シングルオーガー、一軸スクリュー押出機、または二軸スクリュー押出機などが使用されてもよい。他のタイプの押出機が使用されてもよい。
【０１４８】
さらに詳細には、押出機３００は、押出機バレル３１６内で回転可能な１本または複数本の押出機スクリュー３１４（２本示されている）を備えているスクリュー部を備えていてもよい。１本または複数本の押出機スクリュー３１４は、押出機バレル３１６の入口端部にあるモータ３２０により駆動できる。二軸スクリューの実施形態において、押出機３００は、横に並んだ２本の押出機スクリュー３１４を備えていてもよい。押出機バレル３１６には、さらに可塑化されるバッチ組成物３１２を導入できるように構成された入口ポート３２４が備えられていてもよい。任意選択のミキサープレート３２６がスクリュー部の下流かつ押出ダイ３０８の上流に配置されていてもよく、押出機バレル３１６の出口端部に取り付けられたカートリッジ３２８内に収められていてもよい。スクリュー部の後、ミキサープレート３２６は、バッチ組成物３１２をさらに混合し、均質化し、可塑化するように機能できる。
【０１４９】
カートリッジ３２８内に同じく配置されてもよいのはフィルタスクリーン３３０およびフィルタスクリーンサポート３３２であり、いずれも、押出機スクリュー３１４により送られるバッチ組成物３１２の（方向を示す矢印として示された）流れ方向に対して押出ダイ３０８の上流に配置される。フィルタスクリーン３３０は、フィルタスクリーンサポート３３２に対して取り付けられ、さもなければ押出ダイ３０８を通る流れを塞ぐまたは妨げるかもしれない大きい粒子、集塊、または破片を除去するように構成されたフィルタアセンブリを形成する。いくつかの実施形態において、その中に複数の開口および／またはスロットを有するフィルタスクリーンサポート３３２が形成される。押出ダイ３０８は、複数の上流の供給孔および複数の下流の細い交差スロットを備えている。押出ダイ３０８の複数の細い交差スロットを通る可塑化バッチ組成物３１２の流れは、グリーンハニカム体１００Ｇ内に交差壁１０２およびチャネル１０４のマトリックスを形成する。押出ダイおよび製造方法の例が、例えば、米国特許出願公開第２０１７／０１２０４９８号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１２４４２３号明細書、および米国特許第８，５９１，２８７号明細書に記載されている。他の適切な押出ダイが使用されてもよい。
【０１５０】
したがって、押出機３００の運転中、可塑化バッチ組成物３１２は、１本または複数本の押出機スクリュー３１４により押出機バレル３１６から送られ、次いで、フィルタスクリーン３３０、フィルタスクリーンサポート３３２、および任意選択のミキサープレート３２６を通過し、最後に押出機３００の押出ダイ３０８からグリーンハニカム体１００Ｇとして排出される。グリーンハニカム体１００Ｇは、ワイヤなどの切断具を備えている切断装置３３４により長さに横方向に切断されてもよい。切断されたら、例えば、米国特許出願公開第２０１５／０２７３７２７号明細書に開示されているトレイなどのトレイ３３６上にグリーンハニカム体１００Ｇを受け、支えてもよい。他の適切なトレイ構成が使用されてもよい。
【０１５１】
次いで、湿ったグリーンハニカム体１００Ｇは、コンベヤ（図示せず）によりトレイ３３６で乾燥機（図示せず）まで運ばれることにより乾燥されて、例えば、オーブン乾燥、マイクロ波乾燥、ＲＦ乾燥、それらの組合せなどの任意の適切な乾燥プロセスにより乾燥されて、乾燥したグリーン体ハニカムを形成してもよい。適切な乾燥プロセスおよび装置が、例えば、米国特許第９，４２９，３６１号明細書、米国特許第９，３３５，０９３号明細書、米国特許第８，７２９，４３６号明細書、米国特許第８，４８１，９００号明細書、米国特許第７，５９６，８８５号明細書、米国特許第５，４０６，０５８号明細書、および米国特許出願公開第２０１４／０３２７１８６号明細書に記載されている。
【０１５２】
焼成
次いで、乾燥したグリーン体ハニカムを既知の焼成技法にしたがって焼成し、図１に示されているような多孔質セラミックハニカム体１００を形成することができる。例えば、乾燥したグリーン体ハニカムは、ガス窯内または電気窯内で、乾燥したグリーンハニカム体をセラミック物品（例えば、多孔質セラミックハニカム体１００）に変換するのに効果的な条件下で焼成されてもよい。温度および時間の焼成条件は、例えば、特定のバッチ組成物およびサイズならびに乾燥したグリーン体ハニカムの幾何形状に依存する。
【０１５３】
いくつかの実施形態において、乾燥したグリーン体ハニカムを多孔質セラミックハニカム体１００に変換するのに効果的な焼成条件には、使用されるバッチ組成物に応じて、例えば、炉内の空気雰囲気中、サイズ、形状、および組成物に応じて５０℃／時間〜３００℃／時間の加熱速度で１０００℃〜１６００℃の範囲内の最高浸漬温度まで、乾燥したグリーン体ハニカムを加熱することを含むことができる。乾燥したグリーン体ハニカムを多孔質セラミックハニカム体１００に変換するのに十分な約１時間〜約３０時間の保持時間の間、最高浸漬温度が保たれてもよい。この後、多孔質セラミックハニカム体１００に熱衝撃を与えてクラックが入らないように十分に低い速度（例えば、約１０℃／時間〜約１６０℃／時間の冷却速度）で冷却することが続いてもよい。焼成時間は、バッチ組成物中の予備反応させた球状無機粒子、無機「細粒」、有機バインダ、および細孔形成剤球状粒子の種類および量などの因子、ならびに焼成設備の性質にさらに依存するが、総焼成時間は、例えば、約２０時間〜約８０時間であろう。
【０１５４】
主としてチタン酸アルミニウムを生成するためのバッチ組成物については、最高焼成温度は約１，３２０℃〜約１，５５０℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１５５】
主としてチタン酸アルミニウム−ムライトを生成するためのバッチ組成物については、最高焼成温度は約１，３５０℃〜約１，４５０℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１５６】
主としてコーディエライト−ムライト、チタン酸アルミニウム（ＣＭＡＴ）を生成するためのバッチ組成物については、最高焼成温度は約１，３００℃〜約１，３８０℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１５７】
主としてムライトを生成するためのバッチ組成物については、最高焼成温度は約１４００℃〜約１６００℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１５８】
コーディエライト−ムライトを与えるコーディエライト−ムライト生成混合物については、最高焼成温度は約１３７５℃〜約１４２５℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１５９】
例えば、主としてコーディエライトを生成するための組成物において、最高焼成温度は約１３００℃〜約１４５０℃であり、この温度での保持時間は約１時間〜約６時間である。
【０１６０】
焼成プロセスおよび装置の適切な例が、例えば、米国特許第９，４５２，５７８号明細書、米国特許第９，２２１，１９２号明細書、米国特許第８，４５４，８８７号明細書、米国特許第８，１８７，５２５号明細書、米国特許第６，５５１，６２８号明細書、米国特許第６，３２５，９６３号明細書、米国特許第６，２８７，５０９号明細書、米国特許第６，２０７，１０１号明細書、米国特許第６，０８９，８６０号明細書、米国特許第６，０４８，１９９号明細書、および米国特許第６，０２７，６８４号明細書に記載されている。他の適切な焼成プロセスおよび装置が使用されてもよい。
【０１６１】
したがって、本開示の１つ以上の実施形態は、ハニカム体を製造する方法を提供する。図６に示されるように、方法６００の例示の実施形態は、６０２において、予備反応させた球状無機粒子と、微細無機粒子（「細粒」）と、有機バインダと、細孔形成剤球状粒子と、液体ビヒクル（ＬＶ）とを含むバッチ組成物を混合して、ペーストを生成するステップを含む。バッチ組成物において、予備反応させた球状無機粒子は、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、およびＤＩｂ≦２．０
の予備反応させた粒子サイズ分布を有し、
細孔形成剤球状粒子は、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、およびＤＰｂ≦１．３２
の細孔形成剤粒子サイズ分布を有し、
５μｍ未満の中央粒径を有する微細無機粒子（「細粒」）は、予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して、２０質量％未満を構成する。
【０１６２】
方法６００は、６０４において、例えば押出ダイを通じた押出または他の適切な形成プロセスにより、ペーストを、湿ったグリーンハニカム体（例えば、グリーンハニカム体１００Ｇ）へと形成するステップ、および次いで、６０６において、湿ったグリーンハニカム体を乾燥させて、乾燥したグリーンハニカム体を形成するステップ、および６０８において、乾燥したグリーンハニカム体を焼成して、多孔質セラミックハニカム体（例えば、多孔質セラミックハニカム体１００）を形成するステップをさらに含む。
【０１６３】
噴霧乾燥プロセス
本開示の例示の実施形態によれば、微細原料粉末および可溶な構成成分が、水、ならびに任意の有機バインダ、分散剤、界面活性剤、および／または消泡剤を含むスラリー中で混合されてもよい。次いで、スラリーをキャリアガスに懸濁させ、噴霧乾燥機の上部で霧化させてもよい。上述したパラメータは、粒子サイズおよび粒子サイズ分布を調整するために変更してもよい。微細原料粉末、例えば、１μｍ未満の粒子、または可溶な構成成分が使用されてもよい。
【０１６４】
本開示の例示の実施形態による噴霧乾燥機の異なる設定および異なる出発原材料を使用することにより、異なる中央粒子サイズ、粒子サイズ分布、および組成の固体の噴霧乾燥したグリーン球状無機粒子を調製できる。グリーン粒子は密になることがあり、またはほぼ完全に密なものから多孔質までの範囲の異なるレベルの気孔率を有することがある。
【０１６５】
例示の実施形態によれば、原材料用にアルファアルミナまたはベーマイトがアルミナ供給源として使用されてもよく、コロイド状シリカ懸濁液がシリカ供給源として使用されてもよく、微細酸化マグネシウムがマグネシア供給源として使用されてもよい。炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、および炭酸ランタンなどの他の無機材料が１μｍ未満の粒子サイズまでジェットミル粉砕されてもよく、スラリーに任意選択で添加されてもよい。例えば、酢酸ランタン、酸化ホウ素、および他の焼結助剤が水性溶液の形態でスラリーに添加されてもよい。他の焼結助剤には、酸化ランタン、セリア、イットリア、ジルコニア、酸化ホウ素、アルカリ酸化物、および同種のものが含まれ得る。
【０１６６】
グリーン球状粒子を形成するために噴霧乾燥される無機原材料粉末の組合せの例示の実施形態には、１．５％〜１５％の微細シリカを含むアルミナ（微細アルファアルミナまたはベーマイト）、Ｂ、Ｍｇ、Ｙ、Ｆｅ、および同種のものなどの様々な焼結添加剤を含むアルミナ、Ｂ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｙ、Ｆｅ、および同種のものなどの様々な焼結添加剤を含むアルミナ−シリカ混合物、チタン酸アルミニウム（ＡＴ）組成物、長石組成物、チタン酸アルミニウムと長石の組成物、ＣＭＡＴ組成物、およびコーディエライト組成物、ならびに同種のものが含まれる。
【０１６７】
噴霧乾燥したグリーン粒子は、いくつかの例示の実施形態にしたがって、るつぼ、焼結ボックス内の箱形炉内もしくは管状炉内、またはセッター上、または回転か焼炉内で、様々な温度でかつ／または様々な焼成時間、予備焼成されてもよい。アルミナおよびシリカベースの乾燥したグリーン粒子の静置焼成条件には、１，２００℃〜１，６００℃の焼成最高温度および１時間〜１５時間の保持時間が含まれ得る。ＡＴベースの組成物グリーン粒子の静置焼成条件には、１３００℃〜１６００℃の温度が含まれ得る。
【０１６８】
静置設定では、グリーン粒子が高温かつ長い保持時間で互いに焼結する場合があり、それによって、例えば、バッチ組成物の構成成分としてさらに使用する前に崩壊する恐れがある。いくつかの実施形態において、予備反応させた球状無機粒子を形成する目的で、緩く焼結された集塊を破壊するために、篩分けまたは低エネルギーのミル粉砕が使用されてもよい。
【０１６９】
予備焼成中のグリーン粒子の回転によって互いに焼結するのを回避し、球状形状をより良く維持できる。粒子を焼成するために、工業用回転か焼炉が使用されてもよい。例えば、アルミナおよびシリカベースのグリーン粒子の回転か焼条件には、例えば、１，０００℃〜１，６５０℃が含まれ得る。別の例として、噴霧乾燥されたＡＴ粒子の回転か焼条件には、例えば、１，０００℃〜１，４００℃が含まれ得る。他の適切なか焼温度が使用されてもよい。
【０１７０】
多孔質セラミックハニカム体
予備反応させた球状無機粒子、細孔形成剤球状粒子、および「細粒」のバッチ組成物から生成された最終的なセラミックハニカム体１００の様々な形状およびセル幾何形状が提供されてもよい。例えば、多孔質セラミックハニカム体１００のセル幾何形状は、例えば、約１００ｃｐｓｉ（１５．５セル／平方ｃｍ）〜１，２００ｃｐｓｉ（１８６セル／平方ｃｍ）を有してもよい。さらに、多孔質セラミックハニカム体１００は、例えば、約０．００８インチ（０．２０ｍｍ）〜０．０３インチ（０．７６ｍｍ）の横方向の壁厚を有してもよい。バッチ組成物を使用して、慣習的に３００／１４セル構造と記載される３００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）（約４６．５セル／平方ｃｍ）および壁厚０．０１４インチ（約０．３６ｍｍ）の壁厚を含むセル密度および壁厚の様々な組合せを生み出すことができる。ハニカムフィルタまたは触媒基材として適した３００／１０、４００／１４、６００／９などの他の焼成後のセル構造が使用されてもよい。
【０１７１】
本開示の例示の実施形態によれば、多孔質セラミック物品は、バッチ組成物中で使用される細孔形成剤球状粒子の量に応じて、３０％超、４０％超、５０％超、またはさらに６０％超の気孔率を有してもよい。多孔質セラミックハニカム体１００は、いくつかの実施形態において、例えば、ｄ５０≧１０μｍ、またはさらにｄ５０≧１２μｍ、またはさらに１０μｍ≧ｄ５０≧３０μｍの中央細孔サイズ（ｄ５０）を有してもよい。多孔質セラミック物品は、２０×１０”７Ｋ”１未満、例えば、１５×１０”７Ｋ＿１未満、またはさらに１０×１０”７Ｋ未満の室温（２５℃）〜８００℃の熱膨張係数を有してもよい。Ａｕｔｏｐｏｒｅ（商標）ＩＶ  ９５００ポロシメータによる水銀圧入ポロシメトリーおよびＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ製ソフトウェアにより、気孔率、中央細孔径および細孔サイズ分布を決定した。
【０１７２】
本明細書に亘る、例示の実施形態および同様の文言への言及は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指す場合がある。さらに、任意の１つの実施形態を参照して本明細書において記載された主題の記載された特徴、構造、または特性が、追加の記載された実施形態において任意の適切な方法で使用されても、または組み合わせられてもよい。主題の実施形態を十分に理解できるように、説明において、構造、プロセス、バッチ組成物、物品などの例など、多数の特定の詳細が提供される。しかし、当業者には、特定の詳細のうちの１つ以上がなくても、または他の方法、成分、材料などを用いて、主題を実施できることが認識されよう。他の例では、本開示の態様が分かりにくくなるのを避けるため、周知の構造、材料、もしくは操作は詳細に示されておらず、または記載されていない。
【０１７３】
上述のフローチャートおよび方法の概略図は、論理フローチャート図として一般に記載されている。したがって、示された順序およびラベルが付されたステップは、代表的な実施形態を示している。概略図に示された方法の１つ以上のステップ、もしくはそれらの一部に対して、機能、論理、または効果が同等な他のステップおよび方法が想起されるであろう。その上、使用されたフォーマットおよび記号は、概略図の論理ステップを説明するために提供されており、図により示された方法の範囲を限定しないと理解される。様々な矢印のタイプおよび線のタイプが概略図に使用される場合があるが、それらは対応する方法の範囲を限定しないと理解される。実際、方法の論理フローを示すためだけに、いくつかの矢印または他のコネクタが使用される場合がある。その上、特定の方法が行われる順序は、示された対応するステップの順序を厳守していても、厳守していなくてもよい。
【０１７４】
当業者には、本開示の範囲から逸脱せずに様々な変更および改変を本開示において行えることが明らかになるであろう。したがって、本開示の変更および改変が特許請求の範囲およびその同等物の範囲内であるならば、本開示はこの変更および改変を含むことが意図される。
【０１７５】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１７６】
実施形態１  
バッチ組成物において、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
である予備反応させた粒子サイズ分布を有する予備反応させた球状無機粒子と、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
である細孔形成剤粒子サイズ分布を有する細孔形成剤球状粒子とを含み、
ここで、ＤＩ５０は、前記予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、前記予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数である、バッチ組成物。
【０１７７】
実施形態２  
前記予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して２０％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１７８】
実施形態３  
前記予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して１０％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１７９】
実施形態４  
前記予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して５％未満の微細無機粒子であって、５μｍ未満の中央径を有する微細無機粒子を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８０】
実施形態５  
前記予備反応させた球状無機粒子がＡＲａｖｇ≦１．２を有し、
ここで、ＡＲａｖｇは、前記予備反応させた球状無機粒子の最大幅寸法を最小幅寸法で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比である、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８１】
実施形態６  
前記細孔形成剤球状粒子が、ＡＲａｖｇ≦１．１を有し、
ここで、ＡＲａｖｇは、前記細孔形成剤球状粒子の最大幅寸法を最小幅寸法で割ったものの平均として定義される平均アスペクト比である、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８２】
実施形態７  
２０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８３】
実施形態８  
２０μｍ≦ＤＩ５０≦４０μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８４】
実施形態９  
ＤＩ９０≦８５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８５】
実施形態１０  
ＤＩ９０≦６５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８６】
実施形態１１  
４５μｍ≦ＤＩ９０≦８５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８７】
実施形態１２  
ＤＩ１０≧８μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１８８】
実施形態１３  
８μｍ≦ＤＩ１０≦３５μｍを有する、実施形態１２記載のバッチ組成物。
【０１８９】
実施形態１４  
（ＤＩ９０−ＤＩ１０）≦５５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９０】
実施形態１５  
１５μｍ≦（ＤＩ９０−ＤＩ１０）≦５５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９１】
実施形態１６  
１５μｍ≦ＤＰ５０≦３０μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９２】
実施形態１７  
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．８  ＤＰ５０を有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９３】
実施形態１８  
０．４  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．７  ＤＰ５０を有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９４】
実施形態１９  
前記細孔形成剤球状粒子が非親水性である、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９５】
実施形態２０  
前記細孔形成剤球状粒子が非親水性ポリマーを含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９６】
実施形態２１  
前記非親水性ポリマーが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリウレタン、ならびにそれらの誘導体および組合せを含む、実施形態２０記載のバッチ組成物。
【０１９７】
実施形態２２  
前記細孔形成剤球状粒子が、相変化材料を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９８】
実施形態２３  
前記細孔形成剤球状粒子が、ＭＰ≧１００℃を有するポリマーを含み、ここで、ＭＰは、前記細孔形成剤球状粒子の融点である、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０１９９】
実施形態２４  
前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布が、ＤＰｂ≦１．３０を有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２００】
実施形態２５  
前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布が、ＤＰｂ≦１．２５を有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０１】
実施形態２６  
前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布が、（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦２０μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０２】
実施形態２７  
前記細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布が、（ＤＰ９０−ＤＰ１０）≦１５μｍを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０３】
実施形態２８  
前記細孔形成剤球状粒子が、前記バッチ組成物中の無機物の総質量に対する上乗せ添加による５質量％〜３５質量％を構成する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０４】
実施形態２９  
前記予備反応させた球状無機粒子が、噴霧乾燥された球状粒子を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０５】
実施形態３０  
前記バッチ組成物の無機物に対する上乗せ添加による２８質量％≦ＬＶ≦５０質量％の重量を含み、ここで、ＬＶは液体ビヒクルである、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０６】
実施形態３１  
前記バッチ組成物の無機物に対する上乗せ添加による２２質量％≦ＬＶ≦３５質量％の重量を含み、ここで、ＬＶは液体ビヒクルであり、前記細孔形成剤球状粒子が非親水性である、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０７】
実施形態３２  
ヒドロキシエチルメチルセルロースバインダおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースバインダの組合せである有機バインダを含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０８】
実施形態３３  
前記予備反応させた無機粒子が、１種類以上の結晶相を含む、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２０９】
実施形態３４  
前記予備反応させた無機粒子が、１種類以上のガラス相を含む、実施形態３３記載のバッチ組成物。
【０２１０】
実施形態３５  
前記１種類以上の結晶相が、（ｉ）チタン酸アルミニウム、（ｉｉ）長石、（ｉｉｉ）ムライト、（ｉｖ）チタニア、（ｖ）マグネシア、（ｖｉ）アルミナ、（ｖｉｉ）二チタン酸マグネシウム、（ｖｉｉｉ）炭化ケイ素、（ｉｘ）擬ブルッカイト、（ｘ）コーディエライト、（ｘｉ）コーディエライト、マグネシア、チタン酸アルミニウム複合材、および（ｘｉｉ）それらの組合せのうちの少なくとも１つを含む、実施形態３３記載のバッチ組成物。
【０２１１】
実施形態３６  
前記予備反応させた球状無機粒子が、主にチタン酸アルミニウムおよび二チタン酸マグネシウムの固溶体の第１の結晶相、ならびにコーディエライトを含む第２の結晶相を含む、実施形態３３記載のバッチ組成物。
【０２１２】
実施形態３７  
前記予備反応させた球状無機粒子が、アルミナ、マグネシア、およびチタニアを主に含む擬ブルッカイト結晶相、コーディエライトを含む第２の結晶相、ならびにムライトを含む第３の結晶相を含む、実施形態３３記載のバッチ組成物。
【０２１３】
実施形態３８  
４．０超のタウＹ／ベータを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２１４】
実施形態３９  
４．５超のタウＹ／ベータを有する、実施形態１記載のバッチ組成物。
【０２１５】
実施形態４０  
ハニカム体を製造する方法において、
予備反応させた球状無機粒子と、微細無機粒子と、有機バインダと、細孔形成剤球状粒子と、液体ビヒクルとを含むバッチ組成物を混合して、ペーストを生成するステップであって、
前記予備反応させた球状無機粒子が、
１０μｍ≦ＤＩ５０≦５０μｍ、および
ＤＩｂ≦２．０
の予備反応させた粒子サイズ分布を有し、
前記細孔形成剤球状粒子が、
０．４０  ＤＰ５０≦ＤＩ５０≦０．９０  ＤＰ５０、および
ＤＰｂ≦１．３２
の細孔形成剤粒子サイズ分布を有し、
ここで、ＤＩ５０は、予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＰ５０は、細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の中央粒径であり、ＤＩｂは、予備反応させた球状無機粒子の前記予備反応させた粒子サイズ分布の幅係数であり、ＤＰｂは、細孔形成剤球状粒子の前記細孔形成剤粒子サイズ分布の幅係数であり、
５μｍ未満の中央粒径を有する前記微細無機粒子が、前記予備反応させた球状無機粒子の総質量に対して、２０質量％未満を構成するステップと、
前記ペーストを、湿ったグリーンハニカム体へと形成するステップと
を含む、方法。
【０２１６】
実施形態４１  
４．０超のタウＹ／ベータを有する、実施形態４０記載の製造方法。
【０２１７】
実施形態４２  
４．５超のタウＹ／ベータを有する、実施形態４０記載の製造方法。
【０２１８】
実施形態４３  
前記湿ったグリーンハニカム体を乾燥させて、乾燥したグリーンハニカム体を形成するステップと、
前記乾燥したグリーンハニカム体を焼成して、多孔質セラミックハニカム体を形成するステップと
を含む、実施形態４０記載の製造方法。
【図１】
2021501118.tif 000010
【図２】
2021501118.tif 000011
【図３】
2021501118.tif 000012
【図４Ａ】
2021501118.tif 000013
【図４Ｂ】
2021501118.tif 000014
【図５】
2021501118.tif 000015
【図６】
2021501118.tif 000016
【図７Ａ】
2021501118.tif 000017
【図７Ｂ】
2021501118.tif 000018
【図８Ａ】
2021501118.tif 000019
【図８Ｂ】
2021501118.tif 000020
【図９】
2021501118.tif 000021
【図１０】
2021501118.tif 000022
【国際調査報告】
2021501118.tif 000023
2021501118.tif 000024