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CN101374579B - 陶瓷挤出物用的自润滑粘合剂 - Google Patents

陶瓷挤出物用的自润滑粘合剂 Download PDF

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CN101374579B CN2006800387893A CN200680038789A CN101374579B CN 101374579 B CN101374579 B CN 101374579B CN 2006800387893 A CN2006800387893 A CN 2006800387893A CN 200680038789 A CN200680038789 A CN 200680038789A CN 101374579 B CN101374579 B CN 101374579B
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Abstract

一种制造陶瓷制品的方法，它包括以下步骤：提供塑化陶瓷前体批料组合物，所述组合物包括：无机陶瓷粉末批料组合物；液体载体；以及包括接枝到纤维素醚粘合剂上的至少一种有机润滑剂的有机粘合剂体系；由所述塑化陶瓷前体批料组合物形成挤出的坯料体；以及在能够将所述挤出的坯料体转换成整体陶瓷制品的条件下烧制所述坯料体。也提供了一种由所述方法制造的陶瓷制品。

Description

陶瓷挤出物用的自润滑粘合剂
发明背景
技术领域
本发明涉及用于陶瓷挤出物中的自润滑粘合剂，更具体涉及制造陶瓷体的方法，所述方法包括使用该新的自润滑有机粘合剂。
技术背景
在制造陶瓷体(例如碳化硅、堇青石、多铝红柱石、氧化铝或钛酸铝陶瓷体)的过程中，制备各种无机粉末批料的塑化混合物，然后将其形成各种形状。这些塑化的混合物应该充分共混，且是均匀的，以使所得成形陶瓷体具有较好的尺寸和形状整体性以及均匀的物理性质。这些混合物通常还包括有机添加剂，例如粘合剂、增塑剂、表面活性剂、润滑剂和分散剂作为加工助剂，以提高凝聚性、塑性、润滑性和/或润湿性，从而形成更均匀的批料(batch)。在制造过程中(例如在挤出过程中)必须对塑化的批料材料和设备(例如挤出机模头)施加高压。
目前，有机粘合剂(例如纤维素醚)和有机润滑剂(例如单羧酸)已经各自用于这些批料组合物中，以保证批料具有良好的凝聚性以及对于模头和其他设备部件具有良好的润滑性，从而确保长的设备寿命、良好的挤出产品质量以及低的挤出压力。有许多美国专利涉及通过形成包含这些原料的批料混合物来形成陶瓷蜂窝体，它包括美国专利4,772,580、3,885,977、4,417,908、5,114,643和5,114,644。
但是，目前还需要改善提供均匀塑化混合物的能力，所述塑化混合物包括该粘合剂和润滑剂添加剂，以提高产品品质和加工设备的寿命。更具体地说，提高塑化混合物中的粘合剂和润滑剂添加剂的均匀性可提供增强的润滑特性，从而能够使用相对温和的加工条件，并最终使用便宜的加工设备。
发明内容
在一些方面中，本发明提供用于通过加工制造烧结或反应烧结的陶瓷制品的新颖的自润滑有机粘合剂，所述加工涉及挤出塑化的无机粉末批料。
本发明第一方面提供一种制造陶瓷制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供塑化的陶瓷前体批料组合物，所述陶瓷前体批料组合物包括一种无机陶瓷粉末批料混合物；液体载体；以及有机粘合剂体系，所述有机粘合剂体系包括接枝到纤维素醚粘合剂上的至少一种有机润滑剂。由所述塑化的陶瓷前体批料组合物形成挤出的坯料体，随后在足以使所述挤出的坯料体经烧结或反应-烧结转化为整体陶瓷制品的条件下烧制。
这样制备的陶瓷制品的例子有由玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷制成的烧结陶瓷，所述陶瓷包括例如氧化铝或碳化硅的主要结晶相。特别优选的反应-烧结陶瓷的例子是包括堇青石或钛酸铝主结晶相的陶瓷。
本发明第二方面提供一种塑化陶瓷前体批料组合物，所述组合物包括无机陶瓷粉末批料组合物；液体载体；以及粘合剂体系，所述粘合剂体系包括接枝到纤维素醚粘合剂上的至少一种单羧酸。
本发明第三方面提供一种由本文所述的方法形成的陶瓷制品。
本发明的其他方面一部分在下述的发明详述部分、附图和权利要求中描述，一部分可由发明详述部分推导出来，或者可由本发明的实践推导出来。可以理解，前面的概述和下面的详细描述均仅仅是示例性的，并没有限制本发明的范围。
附图简述
包括在本说明书中且构成本说明书一部分的所述附图图示说明了本发明的某些方面，并与说明书一起描述而非限定本发明的原理。
图1是本发明和常规试样的落球数据和水含量数据关系的图表。
图2是本发明和常规试样的透度计硬度(STIP)数据和水含量数据关系的图表。
图3是代表性的本发明和常规试样的模头压力(P-最大)数据和落球数据关系的图表。
图4是本发明和常规试样的扭矩数据和落球数据关系的图表。
图5是本发明和常规试样的拉伸强度数据和割线模数数据关系的图表。
图6描述了由常规塑化陶瓷组合物形成的一系列挤出物的表面品质。
图7描述了本发明塑化陶瓷组合物形成的一系列挤出物的可见表面品质。
具体实施方式
如上简述，本发明的第一方面提供一种制造烧结或反应-烧结的组合物的陶瓷制品的方法。所述方法包括：提供塑化陶瓷前体批料组合物，所述陶瓷前体批料组合物包括一种无机陶瓷粉末批料混合物、液体载体和有机粘合剂体系，所述有机粘合剂体系包括至少一种接枝到纤维素醚粘合剂的有机润滑剂。接着将所述塑化陶瓷前体组合物形成具有所需大小和形状的坯料体，随后在足以使所述坯料体转化为具有晶体相的陶瓷制品的条件下进行烧制，所述晶体相主要由所选择的无机粉末坯料组合物决定，还由烧制条件决定，这在本领域中是已知的。
适合用于提供塑化陶瓷前体组合物的无机陶瓷粉末坯料混合物或组合物包括这样的无机粉末坯料混合物，即它能够在烧制时形成(develop)包括陶瓷、玻璃-陶瓷、玻璃或其组合的主要烧制结构。可以理解，在本文中，玻璃、陶瓷和/或玻璃-陶瓷组合物的组合包括无机和/或化学组合，例如混合物或复合物。
适合用作这些无机陶瓷粉末坯料混合物的示例性和非限制性无机粉末材料包括堇青石、多铝红柱石、粘土(例如高岭土)、氧化镁源(例如滑石)、氧化铝形成源(包括矾土及其前体)、二氧化硅源(包括硅石及其前体)、铝酸盐、铝硅酸锂、硅酸盐、氧化铝-氧化硅组合(例如多铝红柱石)、长石、二氧化钛、锆、氧化锆、尖晶石、熔融石英、和氮化物、碳化物或硼化物(例如碳化硅、氮化硅)或其混合物。
一方面，可选择无机陶瓷粉末坯料，以通过烧制得到包括堇青石、多铝红柱石、钛酸铝或其混合物的陶瓷制品。例如，但不限于，可选择所述无机陶瓷粉末坯料混合物，以提供包括至少约93重量％堇青石的陶瓷制品，所述堇青石主要由约49-53重量％二氧化硅、约33-38重量％Al2O3和约12-16重量％MgO所组成。从这点上说，示例性无机堇青石前体粉末坯料混合物可包括约33-41重量％氧化铝源、约46-53重量％二氧化硅源和约11-17重量％氧化镁源。用于形成堇青石的一些示例性陶瓷坯料混合物可参见美国专利3,885,977，其全文以引用的方式插入于此。
所述无机陶瓷粉末批料可以是合成材料，例如氧化物、氢氧化物等。或者，他们可以是天然存在的矿物，例如粘土、滑石或其组合。因此，可以理解本发明并不限定粉末或原料的类型，因为可根据最终陶瓷体所需的性能进行选择。
一方面，用于形成含堇青石的陶瓷的示例性且非限制性氧化镁源可包括滑石。示例性的氧化铝源可包括铝氧化物或含铝化合物，所述含铝化合物在加热到足够高的温度时会产生基本上100％的氧化铝。如果需要的话，所述氧化铝源可包括可分散的氧化铝形成源。一方面，合适的二氧化硅源可包括粘土或混合物，例如高岭土、煅烧的高岭土和/或其混合物。示例性和非限制性的粘土包括非分层的高岭石原料粘土和分层高岭石。如果需要的话，所述二氧化硅形成源还可包括二氧化硅原料，所述二氧化硅原料包括熔融二氧化硅、胶体二氧化硅、结晶二氧化硅(例如石英或方石英)或低氧化铝且基本上无碱沸石。
通常，所述无机陶瓷粉末材料是细粉末(相对于粗颗粒材料)，与液体载体(例如水)混合时，所述细粉末的一些组分(例如粘土)可提供塑性，或者与有机材料(例如甲基纤维素或多乙烯基醇)混合时，所述细粉末的一些组分有助于形成塑性。
随后，可将包括上述陶瓷形成原料的无机陶瓷粉末批料混合物与有机粘合剂体系和液体载体混合，以提供塑化的陶瓷前体组合物以及提供可挤出的混合物，所述可挤出的混合物是可成形的和/或可模塑的。本领域的普通技术人员可以理解，在所述陶瓷前体批料组合物中加入有机粘合剂有利于塑化的陶瓷批料混合物的凝聚性和塑性，从而将所述混合物成形为坯料体。
本发明有机粘合剂体系包括至少一种自润滑的有机粘合剂。在本文中，术语“自润滑的有机粘合剂”是指但不限于一种有机粘合剂(例如纤维素醚和/或其衍生物)，其上化学接枝有至少一种有机润滑剂。本领域的普通技术人员可以理解，当一种有机润滑剂存在于陶瓷前体批料组合物中时，该有机润滑剂可为所述批料组合物提供润滑性以及润湿性。常规陶瓷挤出方法通常采用单独的有机粘合剂组分和单独的润滑剂组分形成的混合物，以使塑化的陶瓷前体组合物具有适当水平的凝聚性和润滑性。但是，这些有机组分与无机组分的混合对于不同的批次会具有很大的差异。另外，在模头流动过程中不合适的或者不均匀的混合会产生局部流变差异，从而在挤出的陶瓷制品表面或片材上形成缺陷。因此，通过使用包括接枝到所述有机粘合剂上的润滑剂的粘合剂体系，本发明提供一种制造陶瓷制品的方法，所述方法能够提高这些组分在塑化的陶瓷前体批料组合物中的均匀性。
在较好的实例中，本发明自润滑有机粘合剂包括至少一种化学接枝到至少一种纤维素醚粘合剂上的单羧酸润滑剂。可通过任何已知的使单羧酸与纤维素醚或其衍生物反应的方法得到所述接枝的粘合剂。例如，在一个方面，所述接枝的粘合剂可通过常规溶液聚合方法得到，该方法包括使至少一种纤维素醚和至少一种单羧酸润滑剂溶解在合适的溶剂中，随后在足以形成所述接枝的粘合剂的时间和温度条件下反应。
或者，在另一个方面，所述接枝的粘合剂可通过常规本体聚合方法得到，所述方法并不需要加入附加的溶剂。更具体地说，在一个本体聚合方法中，将至少一种单羧酸润滑剂加热到足以熔融所述有机酸的温度，在该温度所述单羧酸可充分润湿并涂敷在至少一种有机粘合剂颗粒上，从而在没有加入溶剂的条件下进行接枝反应。
适合形成本发明自润滑有机粘合剂的示例性和非限制性有机粘合剂包括纤维素醚粘合剂及其衍生物，例如甲基纤维素、乙基羟基乙基纤维素、羟基丁基纤维素、羟基丁基甲基纤维素、羟基乙基纤维素、羟基甲基纤维素、羟基丙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、羟基乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、以及上述两种或多种物质的混合物。示例性的市售甲基纤维素和甲基纤维素衍生物有购自陶氏化学公司的A4M和20-333、F4、F40和F240。A4M是凝胶温度约为50-55℃以及凝胶强度约为5000g/cm2(在65℃以2％溶液计)的甲基纤维素粘合剂。
Figure S2006800387893D00053
20-333、F4、F40和F240是示例性羟基丙基甲基纤维素粘合剂。
可化学接枝到有机粘合剂组分的至少一部分上的示例性和非限制性润滑剂包括单羧酸，例如饱和和/或不饱和单羧酸。适合用作接枝润滑剂的示例性和非示例性饱和单羧酸包括硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、丁酸、十五烷酸、十七烷酸、发酸、辛酸和花生酸。同样，适合用作接枝润滑剂的示例性和非限制性不饱和单羧酸的包括油酸、妥尔油、棕榈油酸、亚麻酸、亚油酸、蓖麻油酸、肉豆蔻酸(myristolenic acid)、棕榈油酸、异油酸、反油酸、反亚油酸(linoelaidicicacid)、异亚油酸(isolinoleic acid)、γ-亚麻酸(inolenic acid)、moroctic酸、二十碳烯酸(eicosenoic acid)、二十碳二烯酸、蜂蜜酸(mead acid)、二十碳三烯酸、二均-g-亚麻酸(dihomo-g-linolenic acid)、ω-3-花生四烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸(timnodonic acid)、芥酸、二十二碳二烯酸、二十二碳三烯酸、芝麻酸(adrenic acid)、二十二碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸、神经酸(nervonic acid)和二十四碳六烯酸。
上述润滑剂和有机粘合剂的任何组合均可用于提供本发明自润滑粘合剂。但是，在一个方面以及如下列实施例所述，适用于本发明的示例性自润滑粘合剂可包括用硬脂酸(例如购自考尼斯(Cognis)的E120)接枝的甲基纤维素(例如购自陶氏的F240)。此外，本发明所述的自润滑粘合剂可以适合形成所需塑化的陶瓷前体批料组合物的任何量使用。因此，在一个方面，塑化的陶瓷前体批料组合物可包括约0.1重量％到6.0重量％的自润滑粘合剂。
如果需要的话，一种或多种附加的常规非自润滑粘合剂可与上述自润滑粘合剂一起包含在塑化的陶瓷前体批料组合物中。因此，在一个方面中，非自润滑粘合剂(例如上述适合形成本发明自润滑粘合剂的润滑剂)的含量可约占塑化的陶瓷前体批料组合物的0-6.0重量％。
应该理解，一种或多种附加的常规非接枝润滑剂可与上述自润滑粘合剂一起包含在塑化的陶瓷前体批料组合物中。因此，在一个方面中，非接枝润滑剂(例如上述适合形成本发明自润滑粘合剂的润滑剂)的量可约占塑化的陶瓷前体批料组合物的0-3.0重量％。
具体所需的有机粘合剂体系组分和这些组分的相对量可根据具体的形成或成形方法、具体的最终用途以及所用设备的特性和尺寸的不同而不同。因此，可以理解本领域的普通技术人员仅仅通过常规试验就可以得到该最佳组合。
根据本发明的实践，也可以理解所述自润滑粘合剂提供了一种新颖的单一化合物，其具有优良的可混和性和润滑剂，所述单一化合物可部分或完全代替通常需要彻底混匀的单独有机润滑剂和有机粘合剂的常规混合物。此外，由于所述润滑剂和粘合剂是化学接枝的，因此它们不会在高剪切条件下(这种高剪切条件存在于双螺杆混合器或其它挤出设备中)发生分离。因此，改善了塑化的前体批料的混合度。另外，据信在所述有机粘合剂加入溶液中时接枝润滑剂的羧酸部分可形成一种更稳定的乳液，另一方面该有机粘合剂还有助于疏水颗粒(例如滑石或粘土)与所述有机粘合剂的结合，从而也提高塑化的混合物的凝聚力。
如所附实施例和相应的附图所示，本发明自润滑润滑剂及其使用方法的某些优点可以得到下列证据的证明，例如塑化的陶瓷批料组合物可在较少功率下就可均匀混合。此外，与常规塑化的批料组合物相比，这些混合物在成形成结构体时在材料和设备之间呈现更小的摩擦力。例如，在一个方面，这些优点可如下量化：与不含自润滑粘合剂的常规陶瓷组合物相比，挤出含本发明自润滑粘合剂的陶瓷组合物时模头压力下降。因此，在一个方面，与不含自润滑粘合剂的常规塑化的陶瓷批料组合物相比，包括本发明自润滑粘合剂的塑化的陶瓷批料组合物的挤出模头压力下降约200-700psi。
同样地，改进的湿润性可由混合时所需的能量下降得到证明。因此，测量该降低的能量的示例性方法是测量大致与混合所需能量成比例的混合扭矩。因此，在一个方面，与不含自润滑粘合剂的类似常规塑化陶瓷的批料组合物相比，包括本发明自润滑粘合剂的塑化的陶瓷批料组合物所需的混合扭矩下降了约15-30％。
另外，在有些情况下，所得结构体的性能(例如均匀性、凝聚性、表面品质和密实度(knitting))也得到了明显提高。例如，密实度可指示表面开裂程度，例如沿蜂窝结构体横截面的孔壁(蜂窝网)线开裂以及所述结构体中裂缝。相对较高的密实度很少或没有肉眼可见的裂缝。
也可以理解，基于所需的终端用途，塑化的陶瓷前体批料组合物还包括其它添加剂，例如助粘合剂、分散剂、表面活性剂和/或燃烧剂。例如，在过滤器用途(例如柴油机颗粒过滤器)中，在所述塑化的陶瓷混合物中有时候适当包含燃烧剂，所述燃烧剂的量足以得到满足具体过滤用途的孔隙度。燃烧剂可以是任意颗粒物质，在烧制过程中它能从坯料体中“烧去”。适用的示例性和非限制性燃烧剂包括室温时为固体的有机物、元素碳及其组合。一些例子是石墨、纤维素、淀粉、面粉等。
如上所述，所述塑化的陶瓷前体批料组合物还包括至少一种液体载体或溶剂组分。在一个方面，所述液体载体组分可包括水。因此，所述液体载体含量可根据所用材料类型的变化而变化，以使加工性能和与陶瓷批料混合物中其它组分的相容性最佳化。通常，所述液体载体含量占所述塑化的组合物的20-50重量％。在另一个方面，根据所述陶瓷批料组合物的组分，可以理解可使用有机溶剂例如甲醇、乙醇或其混合物作为所述溶剂载体。
可将所述粘合剂体系和液体载体的各个组分以任何已知合适的方式与无机陶瓷粉末批料组合物混合在一起，形成所述陶瓷材料、粘合剂体系和液体载体的均匀混合物，所述均匀混合物能够通过例如挤出形成陶瓷体。例如，所述粘合剂体系的组分可先与所述液体载体混合，然后与所述陶瓷前体批料组合物混合在一起。在这种情况下，所述粘合剂体系和液体载体全部一次加入，或者所述粘合剂体系和液体载体分成几部分以合适的间隔时间依次加入。或者，粘合剂体系的组分可依次加入到所述陶瓷前体批料组合物中，或者先将所述粘合剂体系的两种或多种组分预先制备的混合物加入到所述陶瓷前体批料组合物中。此外，可先将所述粘合剂体系与一部分陶瓷前体批料组合物混合。在这种情况下，所述陶瓷前体批料组合物的剩余部分随后加入到所制备的混合物中。无论怎样，所述粘合剂体系和液体载体应与预定部分的陶瓷前体批料组合物均匀混合。因此，在一个方面，可通过例如已知的常规捏炼方法完成所述粘合剂体系、液体载体和无机陶瓷前体批料组合物的均匀混合。
接着可通过任何已知的陶瓷形成方法(例如挤出、注塑、粉浆浇铸、离心浇铸、压铸、干压等)将所得的硬的、均匀和可挤出的塑化的陶瓷前体批料组合物成形为坯料体。在一个示例性的方面，可使用液压挤压机或两阶段脱气单螺杆挤出机或带有连接到排出端的模头组件的双螺杆混合器来完成挤出。在后者中，根据材料和其它加工条件选择合适的螺杆元件，以形成足够的压力将所述批料压过所述模头。
接着可干燥所制备的陶瓷坯料体，除去过量的水分。可通过热空气、蒸气或绝缘干燥(它们可在空气干燥之后进行)进行干燥。完成干燥后，可随后对所述坯料体进行烧制，烧制的条件足以将坯料体转化成包括本文所述烧结相堇青石或其它所需组成的陶瓷制品。
足以将所述坯料体转化成陶瓷制品的烧制条件可根据加工条件(例如具体组成、坯料体大小和所用设备的性能)而变化。因此，在一个方面，本领域的普通技术人员仅仅根据常规试验就可得到本发明陶瓷制品所需的最佳烧制条件。所以，本发明并不限于特定的烧制温度和时间。但是，在一个方面中，对于主要用于形成多铝红柱石的塑化的混合物来说，所述烧制温度约为1400-1600℃，所述烧制时间约为1-6小时。或者，对于主要用于形成堇青石的塑化的混合物来说，所述烧制条件包括将所述坯料体加热到约1350-1450℃的温度。这种情况下的烧制时间约为20-80小时，在该烧制过程中可达到最高烧制温度，并保温约5-16小时。
本发明陶瓷体可具有常规尺寸和形状。但是，在一个方面，本发明的方法非常适合制造多孔陶瓷(例如蜂窝体)。这些多孔陶瓷体具有各种用途，例如作为催化剂载体、过滤器，例如柴油机颗粒过滤器、熔融金属过滤器、再生器(regenerator)芯等。
尽管可以理解本发明并不限于此，但是一些本发明方法制得的蜂窝体试样是高强度、较低CTE的薄壁堇青石、钛酸铝或碳化硅蜂窝体基材，适合用作催化剂载体或液体过滤器。通常，蜂窝体孔密度为235孔/cm2(约1500孔/英寸2)到15孔/cm2(约100孔/英寸2)。此外，壁或蜂窝网厚度通常约为0.05-0.6毫米(约2-25密尔)。但是，可以理解，陶瓷体所需的具体大小和形状取决于用途，例如在汽车用途中取决于发动机大小以及有效安装空间等等。因此，尽管本发明陶瓷制品一方面适合用于制备薄壁蜂窝体，但是所述混合物也可用于制造更厚壁的结构体。例如，具有约15-30孔/cm2(约100-200孔/英寸2)以及约0.30-0.64毫米(约12-25密尔)壁厚的蜂窝结构体非常适用于柴油机颗粒过滤器用途。
实施例
为了进一步说明本发明的原理，提供了下述实施例，但是这些实施例纯粹用于说明本发明，并非是本发明的发明人所认定的发明范围。除非有其它说明，所有的份均指重量份，温度指℃或者环境温度，压力为大气压或接近大气压。
实施例1：制备示例性的自润滑粘合剂
如下制备示例性的接枝的羟丙基甲基纤维素-硬脂酸自润滑粘合剂：使100重量份陶氏F240麦斯赛耳羟丙基甲基纤维素与21.4份考尼斯E120硬脂酸在装有机械搅拌器以及恒定氮气吹扫的三颈反应器中进行反应。所述硬脂酸在约53℃熔化，在该温度熔化的硬脂酸开始润湿并涂覆所述羟丙基甲基纤维素颗粒。然后将所述反应混合物加热到至少70℃，并保持约1小时，以保证完全反应。冷却到环境温度或室温后，通过常规NMR分析确认，所得的接枝羟丙基甲基纤维素-硬脂酸粘合剂是下述通式表示的化合物：
Figure S2006800387893D00091
硬脂酸接枝的羟丙基甲基纤维素
可以注意到，接枝点的含量取决于甲基纤维素与硬脂酸的空间比例。还可以理解，所述硬脂酸和甲基纤维素之间的酯连接键可位于主链的任意纤维素重复单元中。
实施例2：常规塑化的组合物和本发明塑化的组合物的比较
制备本发明示例性塑化的堇青石前体批料组合物(称为组合物“EX”)，它包括根据实施例1方法制得的自润滑粘合剂(本文称为F240-g-E120)，并将该组合物与不包含自润滑粘合剂的常规塑化堇青石前体批料组合物(称为“EX对照”)进行比较。本发明无机粉末混合物的具体配方和载体/粘合剂体系的组成以及常规塑化的组合物分别列在表1和2中。
在小福特(Littleford)混合器中将所述甲基纤维素和/或接枝的甲基纤维素与所有无机组分混合约5分钟，制备相应的批料组合物。之后，将水加入到所述小福特混合器中，同时混合约1-2分钟。随后，将附加的润滑剂(购自
Figure S2006800387893D00101
Figure S2006800387893D00102
162油的轻烃油)加入到小福特混合器中，同时再混合1-2分钟。接着，将所述湿批料组合物加入到挤出机中，从而形成包含600孔/英寸2且蜂窝网厚约4密尔的蜂窝状挤出物。所述蜂窝体的外径约为2英寸。所述挤出机在60rpm的螺杆速度下工作。
表1-组合物“EX”
  批料组分   克数   LBS   PPHI
  滑石   4562.70   10.05   40.3
  煅烧的高岭石粘土   2224.60   4.90   19.6
  含水的高岭石粘土   1725.20   3.80   15.2
  粗粒氧化铝   1577.65   3.48   13.9
  二氧化硅   681.00   1.50   6.0
  细粉氧化铝   340.50   0.75   3.0
  勃姆石   227.00   0.50   2.0
  总无机物   11350.00   25.00   100.00
  F240(麦斯赛耳)   222.46   0.49   1.96
  E120(硬脂酸)   47.67   0.11   0.42
  轻油润滑剂   624.25   1.38   5.50
  F240-g-E120(接枝的F240)   115.77   0.26   1.02
  水   3007.75   6.63   26.50
  总批料   15367.90   33.85   135.40
表2-组合物“EX对照”
  批料组分   克数   LBS   PPHI
  滑石   4562.70   10.05   40.20
  煅烧的高岭石粘土   2224.60   4.90   19.60
  含水的高岭石粘土   1725.20   3.80   15.20
  粗粒氧化铝   1577.65   3.48   13.90
  二氧化硅   681.00   1.50   6.00
  细粉氧化铝   340.50   0.75   3.00
  勃姆石   227.00   0.50   2.00
  总无机物   11350.00   25.00   100.00
  F240(麦斯赛耳)   317.80   0.70   2.80
  E120(硬脂酸)   68.10   0.15   0.60
  轻油润滑剂   624.25   1.38   5.50
  水   3007.75   6.63   26.50
  总批料   15367.90   33.85   135.40
用于比较本发明塑化的堇青石组合物和常规堇青石组合物的参数包括落球硬度、混合扭矩、模头压力、拉伸强度和挤出物表面品质。
图1显示具有不同批料水含量与表1和2类似的塑化的批料组合物的落球数据与批料水含量的关系。落球是挤出的蜂窝成形体的硬度的量度。所述落球试验由如下步骤组成：将具有预定重量的不锈钢球置于所述蜂窝成形体上，并在一定的时间间隔记录位移。硬度较高的批料能够承受更重的重量，从而得到较小的位移或较低的落球。对图1中落球位移(BD，单位为毫米)的研究表明包含自润滑粘合剂的塑化的组合物(EX)在更高批料水含量(重量份的水)的条件下与EX对照类型组合物(CTL)具有相同范围的落球硬度。
图2描述了本发明(EX)和常规(CTL)塑化的批料组合物的透度计硬度(STIP)数据与批料水含量(重量份)的关系。透度计硬度表示穿入塑化的批料的挤出带固定深度所需的相对力。透度计硬度越高说明硬度越高。由所述挤出带得到的透度计硬度通常与由挤出的蜂窝体基材得到的落球数据密切相关。再次比较所述数据说明，包括所述自润滑粘合剂的塑化组合物在稍高的批料水含量条件下具有与对照样品相同的硬度。
图3描述了蜂窝体挤出机中最大挤出压力(P-最大)与挤出批料的落球数据之间的走向线。所述数据的比较说明，在所有低于约10的落球值条件下，本发明EX类型塑化组合物的P-最大模头压力低于CTL类型组合物，在落球值约为8时低约500psi。如前面所述，这种降低的挤出压力具有明显的加工优势。
图4描述了一系列本发明(EX类型)和常规(CTL类型)塑化批料组合物的相对挤出机螺杆扭矩(A)和落球数据之间的走向线。对于数据的比较说明，包括自润滑粘合剂的本发明组合物的扭矩在相同的批料硬度(落球值)条件下相比常规对照组合物低约15％。
图5描述了代表性的本发明(EX类型)和常规(CTL类型)塑化批料组合物的拉伸强度数据和割线模数数据之间的走向线。根据针对塑料测试的ASTMD638-03得到的数据的比较说明，包括自润滑粘合剂的本发明组合物的拉伸强度在相同割线模数(相对材料硬度)条件下相比常规对照组合物高约15％。本发明批料的较高材料强度是有利的，因为在本发明批料的挤出成形体中形成缺陷的可能性远小于常规组合物的类似挤出批料。
如图6和7所示，挤出行为得到改善的一个证据是包括自润滑粘合剂的本发明EX批料形成挤出物的挤出蜂窝体表面品质得到明显改善。图6描述了一系列不包含自润滑粘合剂的常规塑化组合物(CTL类型)形成的挤出物，其中明显可见气泡和表面裂缝。图7描述了一系列由含自润滑粘合剂的本发明塑化组合物(EX类型)形成的挤出物，证明明显提高了光滑表面的品质，基本上没有气泡和表面裂缝。

Claims (12)

1.一种制造陶瓷制品的方法，它包括以下步骤：
提供塑化的陶瓷前体批料组合物，所述组合物包括：
i)一种无机陶瓷粉末批料混合物
ii)液体载体；以及
iii)一种有机粘合剂体系，它包括接枝到纤维素醚粘合剂上的至少一种有机润滑剂；
由所述塑化的陶瓷前体批料组合物形成挤出的坯料体；以及
在足以将所述挤出的坯料体转化成整体陶瓷制品的条件下烧制所述坯料体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述无机陶瓷粉末批料组合物包括氧化镁源、氧化铝形成源以及二氧化硅形成源。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一种润滑剂包括单羧酸。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述润滑剂包括硬脂酸、妥尔油或其混合物。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述纤维素醚包括甲基纤维素。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合剂体系包括接枝到甲基纤维素粘合剂上的硬脂酸润滑剂。
7.一种塑化的陶瓷前体批料组合物，它包括：
a)一种无机陶瓷粉末批料组合物；
b)液体载体；以及
c)一种粘合剂体系，它包括接枝到纤维素醚粘合剂上的至少一种单羧酸润滑剂。
8.如权利要求7所述的塑化的陶瓷前体批料组合物，其特征在于所述无机陶瓷粉末批料组合物包括氧化镁源、氧化铝形成源和二氧化硅形成源。
9.如权利要求7所述的塑化的陶瓷前体批料组合物，其特征在于所述单羧酸包括饱和单羧酸。
10.如权利要求7所述的塑化的陶瓷前体批料组合物，其特征在于所述单羧酸包括不饱和单羧酸。
11.如权利要求7所述的塑化的陶瓷前体批料组合物，其特征在于所述润滑剂包括硬脂酸、妥尔油或其混合物。
12.如权利要求7所述的塑化的陶瓷前体批料组合物，其特征在于所述粘合剂体系包括接枝到甲基纤维素粘合剂上的硬脂酸润滑剂。
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