(57)【要約】  例えば、低温硬化性栓の形態の、セラミックハニカム体および水性組成物を含むセラミック物品、並びにセラミック物品を調製するプロセスおよび例えば、低温硬化性栓組成物としての、セラミック物品に使用するための水性組成物を製造するプロセスが開示されている。
2015505748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックハニカム体のための低温硬化性栓を製造する方法であって、
耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む水性組成物を調製する工程、および
前記組成物から低温硬化性栓を形成する工程、
を有してなり、
前記組成物が、前記低温硬化性栓が形成される前または後に焼成されておらず、
前記耐火性充填剤が粒子を含み、
前記耐火性充填剤の粒子が、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
セラミック物品を製造する方法であって、
複数のセル通路を有する焼成済みセラミックハニカム体を提供する工程、および
耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む組成物を前記セラミックハニカム体に施す工程、
を有してなり、
前記組成物が、前記セラミックハニカム体に施される前または後に焼成されておらず、
前記耐火性充填剤が粒子を含み、
前記耐火性充填剤の粒子が、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
前記耐火性充填剤の粒子が、約２μｍより大きいｄ10および約１１０μｍ未満のｄ90を有する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
複数のセル通路を有する焼成済みセラミックハニカム体、および
耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む未焼成組成物、
を有してなるセラミック物品において、
前記耐火性充填剤が粒子を含み、
前記耐火性充填剤の粒子が、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有することを特徴とするセラミック物品。
【請求項５】
前記耐火性充填剤の粒子が、約２μｍより大きいｄ10および約１１０μｍ未満のｄ90を有する、請求項４記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１１年１１月３０日に出願された米国特許出願第１３／３０７８７６号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ハニカムセラミック体およびその製造方法に関する。様々な実施の形態において、本開示は、例えば、低温硬化性栓の形態にある、未焼成水性組成物を含む焼成セラミックハニカム体に関する。さらなる実施の形態において、本開示は、未焼成水性組成物を施す工程を含む、焼成セラミックハニカム体を調製するプロセス、並びに例えば、低温硬化性栓組成物として、焼成セラミックハニカム体に使用するための未焼成水性組成物を製造するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、ディーゼル微粒子フィルタなどのハニカム物品の製造は、大抵、予め成形されたハニカム体上にセラミックセメント（ペーストまたはシーラントとも称される）を施す工程を含む。例えば、ハニカムのセル通路の栓を形成するため、人工外皮（「後で施される外皮(after-applied skin)」としても知られている）を形成するため、またはいくつかの小さいハニカムセグメントを互いに接合して、より大きいハニカム体を形成するため、これらのセメント組成物がハニカム体に施されることがある。
【０００４】
排気ガスを多孔質壁に押し通すためにディーゼル微粒子フィルタに施栓することは、これまで、２つのタイプの組成物の一方を使用して行われてきた。第１のタイプの組成物は、典型的に、ハニカム体の原材料と非常に似ている。例えば、コージエライトハニカムフィルタについて、第１の組成物は、粘土およびタルクを含むものであり、その原材料をコージエライトに転化するのに十分な温度に焼成される。様々な用途において、この第１のタイプの組成物は、表面電荷の高い板状の原材料（すなわち、土壌中に見つかる平らで板のような構造）である、粘土とタルクの存在のために、施栓のための好ましいレオロジーを提供する。第２のタイプの組成物は、予め反応した粉砕コージエライト粉末および有機と無機両方の結合剤からなるものとする。有機結合剤を含有しない場合、第２のタイプの組成物は、十分な可塑性を示さない。それゆえ、施栓のための好ましいレオロジーを達成するために、第２のタイプの組成物は、典型的に、有機結合剤（レオロジーのために含まれる）と混合され、次いで、それらの有機成分を除去し、無機結合剤（有機成分が焼き払われた後の構造強度のために含まれる）を反応させるために、約１０００℃に焼成される。
【０００５】
この第２のタイプの組成物は、上述したような焼成プロセスを必要としない方法を提供するために改良されてきた。しかしながら、第２のタイプの組成物はまだ、特に、シネレシス（すなわち、固体からの液体の分離）の傾向があることが判明したその組成物のレオロジー挙動を考慮して、商業化のための難題をいくつか示している。例えば、第２のタイプの組成物が施栓用途に使用される場合、目的の栓の深さを達成できないことが多い。何故ならば、バッチの液体が毛管作用で多孔質セラミックの壁に入り、セメントが、数ミリメートル以内で固い状態に乾ききってしまう。その望ましくない挙動を改善するために様々な試みが行われてきたが、これまで、成功は限られてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セメントバッチの流動を改善する試みで行われた解決策の１つは、粒径を減少させることであった。しかしながら、粒径を減少させると、栓材料における空隙と窪みのレベルが増加することが分かり、これらは、典型的に、施栓用途にとって望ましくないと考えられる。栓の深さを改善するために試みられた別の解決策は、セメント組成物中のメチルセルロースおよび／または水の量を増加させることであった。しかしながら、この手法でも、栓材料における空隙と窪みが増加することが分かった。それゆえ、栓における空隙と窪みを減少させながら、栓組成物として使用するためなどの、セラミックハニカム体に施すための許容されるレオロジーを示す組成物、およびその組成物を製造する方法を見つける必要が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
様々な実施の形態において、例えば、低温硬化性栓組成物として、セラミックハニカムに施すのに有用であろう、水性組成物を製造する方法であって、耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む水性組成物を調製する工程を有してなり、その組成物が焼成されていない、方法がここに開示される。様々な実施の形態において、耐火性充填剤は、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有する粒子を含む。様々な例示の実施の形態において、ある方法は、その組成物から低温硬化性栓を形成する工程をさらに含んでもよい。さらなる例示の実施の形態において、その組成物を施してもよいセラミックハニカム体は、焼成セラミックハニカム体であってよい。
【０００８】
さらなる実施の形態において、セラミック物品を製造する方法であって、複数のセル通路を有するセラミックハニカム体を提供する工程、および耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む水性組成物をこのセラミックハニカム体、例えば、セラミック通路に施す工程を有してなり、この水性組成物は、セラミックハニカム体に施す前または後に焼成されない方法がここに開示される。様々な実施の形態において、耐火性充填剤は、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有する粒子を含む。さらなる例示の実施の形態において、その組成物を施してもよいセラミックハニカム体は、焼成セラミックハニカム体であってよい。
【０００９】
さらに別の実施の形態において、複数のセル通路を有するセラミックハニカムと、耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む未焼成組成物とを含むセラミック物品が、ここに開示される。様々な実施の形態において、耐火性充填剤は、約１０μｍから約４０μｍに及ぶｄ50を有する粒子を含む。様々な実施の形態において、未焼成組成物が低温硬化性栓の形態にある、セラミック物品が提供されてもよい。さらなる例示の実施の形態において、そのセラミックハニカム体は、焼成セラミックハニカム体であってよい。
【００１０】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白になるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および図面を含む、ここに記載された本発明を実施することによって認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、請求項に記載された本発明を制限することを意図しておらず、むしろ、本発明の例示の実施の形態を説明するために提供され、その説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。
【図１】１００％が粗いコージエライトハニカムおよび５０／５０の粗い／微細なコージエライトの、２つの異なるコージエライトブレンドのメチルセルロース（Ａ４Ｍメトセル）のパーセントレベルに対してプロットされた達成された栓深さを示すグラフ
【図２Ａ】１００％の粗いコージエライトの粒径分布および１．２５％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルに関する栓品質と深さを示す写真であって、栓深さが平均約５ｍｍである写真
【図２Ｂ】５０／５０の粗い／微細なコージエライトのブレンドの粒径分布および１．５０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルに関する栓品質と深さを示す写真であって、栓深さが平均約１２．５ｍｍである写真
【図３Ａ】５０／５０の粗い／微細なコージエライトのブレンドの粒径分布および１．５０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルに関する栓品質と深さを示す写真であって、栓深さが平均約１２．５ｍｍである写真
【図３Ｂ】１００％の粗いコージエライトの粒径分布および１．５０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルに関する栓品質と深さを示す写真であって、栓深さが平均約６．１８ｍｍである写真
【図４Ａ】１．５０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルでの１００％の粗いコージエライトの粒径分布に関する典型的な栓品質を示す写真であって、栓深さが平均約６．８ｍｍである写真
【図４Ｂ】３．０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロース結合剤レベルでの１００％の粗いコージエライトの粒径分布に関する典型的な栓品質を示す写真であって、栓深さが平均約１３．３ｍｍである写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示と説明のためだけであり、請求項に記載された本発明を制限するものではないことが理解されよう。明細書の検討およびここに開示された実施の形態の実施から、当業者には他の実施の形態が明白であろう。明細書および実施例は、例示としてのみ考えられ、本発明の真の範囲および精神は請求項によって示されることが意図されている。
【００１３】
ここに記載された様々な実施の形態において、開示された例示のプロセスの工程は、特定の順序で列挙されているが、開示されたプロセスの工程は、当業者が所望の生成物を著しく変化させないと理解するであろうどのような順序で行ってもよいことが意図されている。
【００１４】
様々な実施の形態によれば、例えば、低温硬化性栓組成物として、セラミックハニカム体に施すのに有用であろう水性組成物を製造する方法が、ここに提供される。セラミック物品を製造する方法であって、複数のセル通路を有するセラミックハニカム体を提供する工程、および水性組成物を施す工程を有してなる方法、並びに水性組成物を含むセラミック物品も、ここに提供される。様々な例示の実施の形態において、その水性組成物は、少なくとも１種類の耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を含む。さらなる例示の実施の形態において、水性組成物は焼成されていない。
【００１５】
上述したように、水性組成物は少なくとも１種類の耐火性充填剤を含む。様々な実施の形態において、この少なくとも１種類の耐火性充填剤は、粗い粒子を含む。「粗い」により、粒子が、例えば、約１５μｍから約３５μｍ、約１７μｍから約２５μｍ、または約１９μｍから約２２μｍなどの約１０μｍから約４０μｍに及ぶ中央粒径ｄ50を有することを意味する。少なくともいくつかの実施の形態において、耐火性充填剤の粒子は、約３μｍ超、または約５μｍ超などの約２μｍ超のｄ10、および約１１０μｍ未満のｄ90も有する。
【００１６】
粒子は、セラミック物品のための組成物を製造するために公知のどのような粒子から選択されてもよい。例として、耐火性充填剤の粒子は、コージエライト、溶融シリカ、ケイ酸塩、炭化ケイ素、アルミナ、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、チタニア、マグネシウム、マグネシウム安定化アルミナ、カルシウム安定化アルミナ、ジルコニア、酸化ジルコニウム、ジルコニア安定化アルミナ、イットリウム安定化ジルコニア、カルシウム安定化ジルコニア、ジルコニウムムライト、ムライト、スピネル、マグネシア、ニオビア、セリア、窒化物、炭化物、またはそれらの任意の組合せの粒子から選択してよい。
【００１７】
前記水性組成物は、少なくとも１種類の無機結合剤をさらに含む。セラミック物品のための組成物を製造するのに有用などのような無機結合剤を選択してもよい。無機結合剤は、様々な実施の形態において、例えば、コロイドシリカなどのようにコロイド状であってよい。使用してよい他の無機結合剤としては、例えば、パリゴルスカイト、自然粘土、ベントナイト、カオリン、またはセルロース系無機結合剤などの、公知のものが挙げられる。非限定的な無機結合剤の例としては、W.R.Grace & Company社から得られるＬｕｄｏｘ  ＨＳ（ＨＳ−４０  Ｌｕｄｏｘ（登録商標））、ＡＳ、およびＳＫなどのコロイドシリカが挙げられる。少なくとも特定の例示の実施の形態において、水性組成物に加えられたままの無機結合剤は、ゲル化されていない。「ゲル化されていない」により、別の能動的なゲル化工程が開始されていないことを意味するが、水性組成物が乾燥し始めるときに、ある程度の自然なゲル化が生じてもよいことが、当業者には理解されるであろう。
【００１８】
無機結合剤は、上乗せ添加として水性組成物中に存在してよく、組成物中の耐火性充填剤の総質量に対して、約６質量％から約１６質量％、または約７質量％から約１５質量％などの約５質量％から約２０質量％に及ぶ量で加えてよい。
【００１９】
ある実施の形態において、無機結合剤は、水性組成物の強度および粘度などの、その組成物の機械的またはレオロジー特性に寄与するであろうが、これは、要求される性質ではない。改善された強度および粘度は、例えば、さらなる加工工程に耐える能力およびハニカム体の選択された端部に施栓するのを助ける能力を改善し得る。
【００２０】
水性組成物は、少なくとも１種類の有機結合剤をさらに含む。セラミック物品のための組成物を製造するのに有用などのような有機結合剤を選択してもよい。非限定的な有機結合剤の例としては、メチルセルロースなどのセルロース材料；例えば、キサンタンガムおよびＡＣＴＩＧＵＭ（商標）などの多種多様なガム；およびポリビニルアルコールとその誘導体が挙げられる。例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、および他のメチルセルロース誘導体、および／またはその任意の組合せなどの、当該技術分野に公知の他の有機結合剤が、水性組成物に使用しているのに適しているであろうと考えられる。例示のメチルセルロース結合剤は、米国ミシガン州、ミッドランド所在のDow Chemical Company社から入手できる「メトセル」Ａ４Ｍである。
【００２１】
ある例示の実施の形態において、有機結合剤は、上乗せ添加として水性組成物中に存在してよく、組成物中の耐火性充填剤の総質量に対して、約１．０質量％から約３．０質量％などの約１．０質量％から約５．０質量％に及ぶ量で加えてよい。ある実施の形態において、有機結合剤は、約２．０質量％、約３．０質量％、約４．０質量％、または約５．０質量％などの約１．０質量％以上の量で存在してよい。例えば、約１．２５質量％、約１．５０質量％、約１．７５質量％などの所定の範囲の間の他の例示の量も同様に考えられることに留意されたい。
【００２２】
ある実施の形態において、有機結合剤は、組成物の凝集および可塑性などの、水性組成物のレオロジー特性に寄与するであろうが、これは、要求される性質ではない。改善された凝集および可塑性は、例えば、水性組成物を造形する能力およびハニカム体の選択された端部に施栓するのを助ける能力を改善し得る。
【００２３】
例えば、低温硬化性栓として、使用前に、もしくはハニカム構造またはフィルタ構造などの構造に施す前に、水性組成物の混合と調製に役立つであろう成分を含む他の成分を、同様に水性組成物に必要に応じて加えてもよい。例えば、所望のレオロジー特性を達成するのに役立つように、液体ビヒクルを水性組成物に含ませてもよい。液体ビヒクルは、例えば、水性組成物をペーストまたはセメントとしてハニカム体に施せるように、水性組成物に流動可能なまたはペースト状の稠度を与えるために含ませてもよい。ある実施の形態によれば、液体ビヒクルは水であって差し支えないが、適切な有機結合剤に関して溶媒作用を示す他の液体ビヒクルを使用して差し支えないことも理解されよう。
【００２４】
液体ビヒクルは、上乗せ添加として存在してよく、水性組成物の６０質量％以下の量であって、無機粉末バッチ組成物の４０質量％未満の量で加えてよい。さらに他の実施の形態において、液体ビヒクルは、例えば、水性組成物の２５質量％から３５質量％の上乗せ添加量を含む、水性組成物の３５質量％を超えない量で上乗せ添加として存在する。液体ビヒクルの量を最小にしながらも、ハニカム構造の選択された端部に押し込められるペースト状稠度を得ることが望ましいことが当業者には理解されるであろう。水性組成物中の液体成分の最小化は、少なくともある実施の形態において、施栓の乾燥プロセス中の望ましくないスランピング(slumping)、乾燥収縮、および亀裂形成をさらに減少させることとなる。
【００２５】
必要に応じて、例えば、ハニカム構造に施す前、最中、または後の加工に役立つように、または非限定的例として、細孔形成剤などの他の使用形態に役立つように、他の添加剤を水性組成物中に含ませてもよい。
【００２６】
水性組成物を調製するために、耐火性充填剤、無機結合剤、および有機結合剤を従来の手段によって一緒に混合してよい。レオロジー特性を測定し、意図する最終用途に応じて、所望の稠度にしたがって調節してもよい。例えば、水性組成物のレオロジーは、有機結合剤の粘度に関して液体ビヒクルの量を変えることによって制御することができる。液体ビヒクルの添加および有機結合剤の粘度を使用して、セラミックハニカム構造を開示された水性組成物で施栓するのに要する施栓力を制御し、望ましくないスランプおよび窪みの形成を最小にすることができる。
【００２７】
ある例示の実施の形態において、水性組成物は低温硬化性組成物として形成でき、これは、ハニカム体の１つ以上の選択された通路を施栓するための施栓組成物として使用してよい。この低温硬化性栓は、公知の手法にしたがって形成できる。様々な実施の形態によれば、水性組成物は、低温硬化性組成物がセラミック体に施されるおよび／または栓が形成される前または後に焼成されていない。拘束することを意図するものではないが、このことは、ここに記載されたように、組成物の特定の構成のために可能であると考えられる。具体的に言うと、より粗い粒径分布の増加した有機結合剤レベルとの組合せにより、焼成工程を必要とせずに、組成物が、完全性（例えば、セル通路の栓を形成するための）を維持しながら、所望のレオロジーを達成することができるのが分かった。
【００２８】
他の実施の形態において、開示された水性組成物は、ハニカム体または構造の少なくとも１つの周辺領域上への後で施された表面被覆または外皮の形成に使用するのに適している。したがって、形成されたハニカム体の外面の一部は、所望の形状を有する結果として得られる物体を得るために、必要に応じて、研磨(sanding)、研削などの公知の方法により除去することができる。ハニカム体の周辺部分から材料を除去した後、ハニカム体に後で施される外皮を形成し、材料が除去されたために曝露されたまたは破壊されたかもしれないどのようなハニカム構造の通路も再度封止するために、開示された水性組成物を周辺部分または表面に施すことができる。外皮被覆が一旦施されたら、施された水性組成物は、ここに記載されたように、焼成せずに、使用することができる。
【００２９】
さらに別の実施の形態において、開示された組成物は、例えば、２つ以上のセルラ形ハニカム体を接合するために、セグメントセメントとして施すことができる。様々な実施の形態において、セグメントセメントは、２つ以上のハニカム体を縦に、すなわち端部と端部の関係で接合するために使用できる。あるいは、セメントは、２つ以上のセルラ形セグメントを横に接合するために使用できる。例えば、いくつかの実施の形態において、上述した押出成型技法にとって大きすぎるであろうより大型のセルラまたはハニカム構造を形成するために、２つ以上のセルラ形ハニカムセグメントを横に、すなわち横に並べた配置で互いに接合することが望ましいであろう。一旦、セグメントセメントがハニカムに施され、所望の数のセルラセグメントが接合されたら、セグメント組成物は、ここに記載したように、焼成せずに、再び使用することができる。
【００３０】
別の態様において、本開示は、複数のセル通路を有するセラミックハニカム体、および必要に応じて焼成されない、水性組成物を含む、セラミック物品、例えば、微粒子フィルタ、並びにセラミック物品を製造する方法を提供する。この方法は、複数のセル通路を有する、必要に応じて焼成済みセラミックハニカム体を提供する工程、およびこのセラミックハニカム体に水性組成物を施す工程を有してなる。この水性組成物は、上述したようなものである。
【００３１】
前記焼成済みセラミックハニカム体は、公知の、当該技術分野で使用されているものから選択することができる。非限定的例として、多孔質セル通路壁によって境界が形成された複数のセル通路を画成するハニカム構造において、それら複数のセル通路の少なくとも一部は栓を含むことができ、それらの栓は、ここに開示された水性組成物などのセメント組成物から形成されている。選択された通路を施栓するために、開示された水性組成物を、いくつかの公知の施栓処理方法の内の１つによって、所望の施栓パターンで所望の深さまで、所望の多孔質セラミックハニカム構造の選択された開放セルに押し入れることができる。例えば、施栓は、米国特許第６６７３３００号明細書に開示され記載されたものなどのマスキング装置およびプロセス、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０１３００９号明細書および米国特許出願公開第２００９／０２８６０４１号明細書に開示され記載された壁流構成を使用することによって、行うことができる。これらの文献をここに引用する。
【００３２】
先の説明から分かるように、本開示は、セラミックハニカム体のセル通路を施栓する際に以前に遭遇した問題の内の少なくともいくつかを解決する。栓の深さの能力を増加させるために特定された２つの従来の「スイッチ(knobs)」は、コージエライトの添加と有機結合剤、例えば、メトセルの増加である。これらの方法は両方とも、増加した空隙および栓の窪み形成を示してきた。しかしながら、より高いレベルの有機結合剤、例えば、メトセルに加え、１００％の粗いコージエライトの使用により、所望の栓の深さ、例えば、約４ｍｍから約１２ｍｍ、および栓の品質、例えば、空隙および／または窪みが実質的にないことを達成できる。
【００３３】
ここに記載された水性組成物は、例えば、端部が施栓された多孔質セラミック壁流フィルタの形成に使用するためを含む、セラミックハニカム体に施すのにうまく適したものとする、有益なレオロジー特性を示すことができる。以前より公知の試験されたセメント組成物と比べて、より粗い粒径および増加した結合剤レベルは、少なくとも一部は、改善された性質の原因であると考えられるのは、意外であり、予期せぬことである。さらに、狭い粒径分布の粗い充填剤も、空隙および／または窪みを防ぐのに役立つ。その結果、水性組成物は、約６ｍｍから約１０ｍｍなどの、約４ｍｍから約１２ｍｍの栓の深さ範囲の低温硬化性栓を可能にする。しかしながら、例えば、約１４ｍｍ以上の栓の深さなどの、これらの範囲から外れた栓の深さも可能であることに留意すべきである。
【００３４】
図１は、１００％が粗いコージエライトハニカムおよび５０／５０の粗い／微細なコージエライトの、２つの異なるコージエライトブレンドのメチルセルロース（Ａ４Ｍメトセル）のパーセントレベルに対してプロットされた達成された栓深さを示すグラフである。５０／５０の粗い／微細な曲線は、１２ｍｍ栓の後で横ばい状態に達するようである。しかしながら、当業者には、曲線の傾斜は、１３ｍｍの栓深さが、測定した目的とする栓深さでなかった場合、より急勾配であったであろうことが認識されよう。
【００３５】
図２Ａおよび２Ｂは、１００％の粗いコージエライト（図２Ａ）と５０／５０の粗い／微細なコージエライトのブレンド（図２Ｂ）の粒径分布および１．２５％のＡ４Ｍメトセル（図２Ａ）と１．５０％のＡ４Ｍメトセル（図２Ｂ）のメチルセルロース結合剤レベルに関する栓品質と深さを示す写真であって、栓深さが平均約５ｍｍ（図２Ａ）および平均約１２．５ｍｍ（図２Ｂ）である写真である。１００％の粗いコージエライトおよび１．２５％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロースレベルを有する水性組成物から形成された固体栓（図２Ａ）は、約５ｍｍの平均栓深さを有する。５０／５０の粗い／微細なコージエライトおよび１．５０％のＡ４Ｍメトセルのメチルセルロースレベルを有する水性組成物から形成された固体栓（図２Ｂ）は、約１２．５ｍｍの平均栓深さを有するが、窪みの形成を示した。窪みは定量化するのに難しいことがあるので、定量化は、これらの図面に示されるような目視比較により通常行われる。例えば、図２Ａには、図２Ｂよりも、窪みの形成が見えない。このことは、メチルセルロースのタイプとレベル並びにコージエライトブレンドを含む、組成物の構成に対応する。窪みの形成は、セラミックハニカム体などの部品の乾燥のためであると考えられ、部品の収縮を伴う。それゆえ、粒径を増加させることによって、収縮、並びに通路または細孔中の組成物の全体的な移動を減少させることができ、それにより、窪みの数が少なくなる。
【００３６】
しかしながら、追加の液体ビヒクルまたは水を加えて、有機結合剤の粘度および組成物の稠度を調節することができる。このことは、これら２つの性質が、栓の完全性を改善し、好ましいレオロジーを有する栓深さを増加させるために、共に調整して調節されるであろうと予測する当業者にとっては直感で分かるものではないはずである。
【００３７】
それゆえ、図３Ａおよび３Ｂにおいて、両方とも１．５０％のＡ４Ｍメトセルの同じメチルセルロースレベルでの、５０／５０の粗い／微細なコージエライトのブレンド（図３Ａ）と１００％の粗いコージエライト（図３Ｂ）の粒径分布に関する典型的な栓品質が示されている。５０／５０の粗い／微細なコージエライトのブレンドを１００％の粗いものに変えることによって、図３Ａと３Ｂの目視比較に示されるように、同じ１．５％のＡ４Ｍメトセルを使用して、窪みと空隙がなくなる。栓品質は１００％の粗いコージエライトのほうがずっと良好であるが、栓深さ能力は、６．１８ｍｍと約半分に減少している（図３Ｂ）。図３Ａにおける平均栓深さは約１２．５ｍｍである。しかしながら、１００％の粗いコージエライトにより、Ａ４Ｍメトセルのレベルは、窪みが見られる前に、ずっと多く増加させることができる。グラフでプロットした場合、栓深さ能力における段階的変化を有する５０／５０コージエライトブレンドとは異なり、１００％の粗いコージエライトは、メトセルレベルが増加するときに、直線勾配を有する（１００％の粗いコージエライトのメチルセルロース（Ａ４Ｍメトセル）のパーセントレベルに対してプロットされた達成された栓深さを示す図１のグラフから分かるように）。
【００３８】
１００％の粗いコージエライト組成物は、３．０％のＡ４Ｍメトセルでさえも（図４Ｂ）、図４Ａおよび４Ｂに示されるように、５０／５０のブレンドが１．５０％のＡ４Ｍメトセルで示した酷い窪みの形成および空隙（図４Ａ）は示さなかった。３．０％のＡ４Ｍメトセルを有する水性組成物は、１００％の粗いコージエライトに必要な栓深さ能力も達成する。ここに示された達成された平均栓深さは、約６．８ｍｍ（図４Ａ）および約１３．３ｍｍ（図４Ｂ）である。
【００３９】
ここに用いたように、単数形は、そうではないと具体的に示されていない限り、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、「低温硬化性栓」への言及は、１つ以上の低温硬化性栓を有する実施の形態を含む。
【００４０】
ここに用いたように、成分の「質量％」または「質量パーセント」または「質量でのパーセント」は、そうではないと具体的に示されていない限り（例えば、成分が、耐火性充填剤の質量％に対して上乗せ添加として添加されると述べられてる場合）、その成分が含まれる水性組成物の総質量に基づく。
【００４１】
ここに用いたように、「空洞および／または窪みの防止」、「空隙および／または窪みを防ぐ」および類似の言語は、空隙または窪みのない、または実質的にない、もしくは以前の公知の組成物から形成された栓、被覆、または組成物の他の用途に対して、空隙または窪みの発生が減少した、ここに記載された様々な実施の形態にしたがって形成された栓、被覆、および組成物の他の用途を称することが意図されている。
【００４２】
ここに記載されたように、全ての粉末の粒径は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ粒径分析器を使用して、レーザ回折技法によって測定した。
【００４３】
値ｄ10およびｄ50は、累積粒径分布の１０％および５０％での直径と定義され、ｄ10＜ｄ50である。それゆえ、ｄ50は中央粒径であり、ｄ10は、粒子の１０％がそれより微細である粒径である。ｄ90の値は、粒径の９０％の直径がそれより微細である粒径であり、それゆえ、ｄ10＜ｄ50＜ｄ90である。
【００４４】
ここに用いたように、「未焼成」、「焼成されていない」などの用語は、水性組成物は、以下に限られないが、栓が形成される前または後を含む、セラミックハニカム体に施される前または後いずれかの、組成物が調製された後に、焼成されていないことを意味する。
【００４５】
水性組成物に関してここに用いたように、「施す」、「施された」などの用語は、組成物が、例えば、被覆組成物において、またはハニカム体のセルを組成物で施栓することによるなどの、セラミック体と接触させられることを示すのを意味する。一例として、水性組成物は、施栓セメント組成物、セグメントセメント、または後に施される人工外皮または被覆として、ハニカム体に施すことができる。
【００４６】
ここに用いたように、「後で施される」外皮または被覆は、押出ハニカム体の周辺領域上の共押出されていない外皮または表面を称する。例えば、ハニカム構造が押出成形され、乾燥され、焼成されたときに、所定の最終使用用途のために所望のサイズと形状の許容範囲に適合するために、結果として得られた物体をサイズ変更したり、成形したりする必要があるかもしれない。
【００４７】
ここに用いたように、「上乗せ添加」は、水性組成物の１００質量パーセントに基づく、それに対して加えられる、例えば、有機結合剤、液体ビヒクル、添加剤、または細孔形成剤などの成分の質量パーセントを称する。
【００４８】
ここに用いたように、「随意的な」または「必要に応じて」という用語は、その後の記載された事象または環境が起こらないかもしれず、その説明が、その事象または環境が起こる例と、起こらない例を含むことを意味する。
【００４９】
別記しない限り、明細書および特許請求の範囲に使用される全ての数は、そのように記載されていようとなかろうと、全ての場合において、「約」という用語に修飾されているものと理解すべきである。一例として、「１００％の粗いコージエライト」は、「約１００％の粗い」コージエライトを含むと理解される。明細書および特許請求の範囲に使用されている正確な数値は、本発明の追加の実施の形態を形成し、提供された例示の値内に開示された任意の２つの端点に狭められる任意の範囲を含むことが意図されているのが理解されよう。ここに開示された数値の精度を確実するために努力してきた。しかしながら、どのような測定数値も、それぞれの測定技法に見られる標準偏差から生じる特定の誤差を固有に含み得る。
【実施例】
【００５０】
本開示の原理をさらに説明するために、以下の実施例を提示して、当業者に、前記水性組成物、セラミックフィルタおよび関連方法の完全な開示と説明を提供する。これらの実施例は、説明であることだけが意図されており、本発明の範囲を制限することは意図されていない。別記しない限り、部は質量部であり、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧であるかほぼ大気圧である。
【００５１】
以下の実施例における水性組成物を調製し、微小亀裂が形成された多孔質セラミック材料からなる多孔質セラミックハニカム構造に施した。水性組成物を製造するために使用した原材料の例示の量、並びに公知の対照セメント組成物の量が、下記の表１に列挙されている。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
次いで、２つの組成物を評価して、バッチ成分について異なるコージエライトブレンドの置き換えに基づいて、レオロジー挙動および栓の完全性を決定した。異なるコージエライトブレンドおよび様々なレベルとタイプの有機結合剤を有する、使用し評価した例示の組成物が、下記の表２に列挙されている。例示の組成物における異なる組合せの各々に関する結果として生じる栓深さも記録されている。収集したデータから分かるように、平均栓深さは、より高いメチルセルロースのレベルと粗い粒径分布の組合せが使用された場合に、一般に増加する。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行えることが、当業者に明らかであろう。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲に入るという条件で、包含することが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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