Un método para eliminar un aditivo orgánico de un panal de abeja cerámico,

en donde el panal de abeja tiene una pared exterior y canales que se extienden de un extremo al otro extremo del panal de abeja, y en donde los canales está definidos por una pluralidad de delgados tabiques entrelazados, entre los extremos, que comprende

a) poner en contacto cada extremo del panal de abeja extruido con un miembro que tiene una permeabilidad a los gases no superior a la de la pared exterior, en donde el miembro esencialmente cubre los extremos, y

b) calentar el panal de abeja a una temperatura suficiente para eliminar el aditivo orgánico

Método mejorado para desaglutinar panales de abeja cerámicos.

Campo de la invención

La invención se refiere a la formación de panales de abeja cerámicos. En particular, la invención se refiere a un método mejorado para eliminar aglutinantes y aditivos orgánicos de panales de abeja cerámicos extruidos.

Fundamento de la invención

Para formar panales de abeja cerámicos útiles para aplicaciones tales como convertidores catalíticos y filtros de partículas Diesel (siglas inglesas DPF), se mezclan precursores cerámicos en forma de partículas con aditivos orgánicos (por ejemplo aglutinantes y lubricantes) y un medio líquido, que típicamente es agua, a fin de formar un material plástico. A continuación se extruye el material plástico para formar la estructura de panal de abeja, que después se seca para eliminar el agua. Luego se calienta el panal de abeja seco, para eliminar los aditivos orgánicos. Una vez eliminados los aditivos orgánicos, se calienta el panal de abeja a una temperatura más alta con el fin de fusionar los granos cerámicos y conseguir que el panal de abeja tenga la integridad mecánica y la microestructura útiles para un convertidor catalítico o un DPF.

El calentamiento para eliminar los aditivos orgánicos se ha realizado típicamente en atmósferas que contienen aire u oxígeno. Desafortunadamente, los aditivos orgánicos presentan siempre una reacción exotérmica asociada con su oxidación, lo que a menudo da como resultado el agrietamiento del cuerpo debido a gradientes térmicos localizados.

Para evitar este agrietamiento, se han empleado atmósferas inertes o atmósferas con bajo contenido de oxígeno (es decir, menos oxígeno que el aire) (véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. números 6,099,793 y 6,287,509). Desafortunadamente, el empleo de tales atmósferas tiende a eliminar los aditivos orgánicos más lentamente, y a dejar residuos carbonosos perjudiciales, lo cual a menudo impide la fusión de los granos cerámicos a temperatura elevada, o bien produce microestructuras indeseadas tales como poros grandes, que actúan como defectos.

Otra solución has sido el hacer pasar aire, una atmósfera que contuviese oxígeno, u otra atmósfera, a través del panal de abeja con el fin de minimizar los gradientes térmicos asociados a la oxidación de los aditivos orgánicos (véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. número 4,927,577). Este método presenta el inconveniente de su costosa complejidad, y es menos útil cuanto mayor es el tamaño de los panales de abeja.

Las soluciones más recientes han implicado el uso de dos o más aglutinantes orgánicos, de los cuales uno es extraído posteriormente por medio de un líquido para uno de los aglutinantes y el segundo aglutinante es eliminado por calentamiento, utilizando un método de calentamiento conocido, tal como uno de los que se acaban de describir (véase, por ejemplo, la publicación de patente de EE.UU. número 2004/0079469). Este método presenta también el inconveniente de su complejidad y de la manipulación de piezas muy frágiles durante la extracción líquida de uno de los aglutinantes.

Por consiguiente, resultaría deseable proporcionar tanto un método de formación como un material cerámico que solucione uno o más de los problemas de la técnica anterior, tal como uno de los antes descritos.

Sumario de la invención

La presente invención consiste en un método para eliminar un aditivo orgánico de un panal de abeja cerámico, en donde el panal de abeja tiene una pared exterior y canales que se extienden de un extremo al otro extremo del panal de abeja, y en donde los canales está definidos por una pluralidad de delgados tabiques entrelazados, entre los extremos,

Sorprendentemente, el empleo de tales miembros permite la eliminación de aditivos orgánicos de un panal de abeja cerámico extruido, en una atmósfera oxidante tal como el aire, a altas velocidades, sin provocar el agrietamiento del panal de abeja.

El método se puede emplear, por ejemplo, para preparar panales de abeja cerámicos para su uso como filtros, intercambiadores de calor, refractarios, aislantes térmicos y eléctricos, refuerzo para cuerpos compuestos de metales o plásticos, catalizadores y soportes de catalizador.

Descripción de las figuras

Figura 1: Una representación de la temperatura en un canal en el centro y en un canal en el borde de un panal de abeja, medida mediante un termopar insertado a la misma profundidad en el canal del centro y en el canal del borde, para un panal de abeja que está siendo calentado en aire con ambos extremos cubiertos por placas esencialmente impermeables a los gases (Ejemplo).

Figura 2: Una representación de la temperatura en un canal en el centro y en un canal en el borde de un panal de abeja, medida mediante un termopar insertado a la misma profundidad en el canal del centro y en el canal del borde, para un panal de abeja que está siendo calentado en aire con un extremo sin cubrir (Ejemplo Comparativo).

Figura 3: Una representación de la diferencia de temperatura entre un canal del centro y un canal del borde (temperatura del canal del borde menos temperatura del canal del centro) en panales de abeja que contienen aglutinante orgánico, calentados en aire en un horno con placas en cada extremo (Ejemplo) y sin placa en un extremo (Ejemplo Comparativo).

Descripción detallada de la invención

La invención consiste en un método para eliminar un aditivo orgánico de un panal de abeja cerámico. El panal de abeja cerámico puede ser cualquiera conocido en la técnica que haya sido formado empleando polvo cerámico y un aditivo orgánico. Son panales de abeja cerámicos ilustrativos los que se componen de, o forman al calentar, alúmina, zirconia, titanato de niobio, carburo de silicio, nitruro de silicio y nitruro de aluminio, oxinitruro de silicio y carbonitruro de silicio, mullita, cordierita, beta-espodumeno, titanato de aluminio, silicatos de estroncio y aluminio, silicatos de litio y aluminio, o combinaciones de los mismos. Son panales de abeja cerámicos preferidos los que se componen de, o forman, carburo de silicio, cordierita, mullita o una combinación de los mismos. El carburo de silicio es preferiblemente uno descrito en la patente de EE.UU. número US 6,669,751B1 y las publicaciones WO EP1142619A1 y WO 2002/070106A1. Otros panales de abeja cerámicos adecuados están descritos en los documentos WO 2004/011386A1, WO 2004/011124A1, US 2004/0020359A1 y WO 2003/051488A1.

El panal de abeja cerámico es preferiblemente uno que forma una mullita que tiene una microestructura acicular. Los ejemplos de tales panales de abeja incluyen los descritos en las patentes de EE.UU. números 5,194,154; 5,173,349; 5,198,007; 5,098,455; 5,340,516; 6,596,665 y 6,306,335; en la publicación de solicitud de patente de EE.UU. 2001/0038810 y en la publicación internacional PCT WO 03/082773.

El aditivo orgánico que es eliminado puede ser cualquiera conocido en la técnica, que sea útil para dar forma a cuerpos de panal de abeja cerámico tales como los conocidos en la técnica. A grandes rasgos, el aditivo orgánico puede ser uno o más de tensioactivos, lubricantes, aglutinantes, disolventes, plastificantes, antioxidantes, conservantes, agentes espumantes y agentes antiespumantes, tales como los descritos en los capítulos 9-12 de "Introduction to the Principles of Ceramic Processing", por J.S. Reed, John Wiley and Sons, New York, NY, 1988.

En particular, el aditivo orgánico está constituido por un aglutinante orgánico tal como uno o más de los descritos por las patentes de EE.UU. números 4,001,028; 4,162,285; 4,929,575; 5,286,767; 5,344,799; 5,568,652; 5,925,308; 6,080,345; 6,241,940; y 6,680,101. En una realización particular, el aglutinante orgánico es metilcelulosa, etil-hidroxietilcelulosa, hidroxibutilcelulosa, hidroxibutil-metilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroximetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, hidroxietil-metilcelulosa, carboximetilcelulosa sódica o mezclas de las mismas. Preferiblemente, el aglutinante de celulosa es un aglutinante de celulosa descrito en la columna 5, líneas 49-67 y en la columna 6, líneas 1-21 de la patente de EE.UU. número 5,568,652, incorporada...

1. Un método para eliminar un aditivo orgánico de un panal de abeja cerámico, en donde el panal de abeja tiene una pared exterior y canales que se extienden de un extremo al otro extremo del panal de abeja, y en donde los canales está definidos por una pluralidad de delgados tabiques entrelazados, entre los extremos, que comprende

2. El método según la reivindicación 1, en donde el calentamiento se realiza en una atmósfera oxidante.

3. El método según la reivindicación 2, en donde la atmósfera oxidante es aire.

4. El método según la reivindicación 1, en donde el miembro es un material cerámico o metal.

5. El método según la reivindicación 3, en donde el miembro es un material cerámico.

6. El método según la reivindicación 1, en donde el miembro tiene permeabilidad esencialmente nula a los gases.

7. El método según la reivindicación 1, en donde el miembro es una placa.

8. El método según la reivindicación 1, en donde la diferencia máxima de temperatura entre un canal en el centro y un canal en la periferia exterior del panal de abeja, aproximadamente a la misma profundidad dentro de los canales, es al menos 50% inferior a la diferencia de temperaturas en un panal de abeja que no tiene placas que cubran los dos extremos, dentro del intervalo de temperaturas en el cual se oxida el aditivo orgánico.

9. El método según la reivindicación 8, en donde la diferencia de temperatura es al menos 70% menor.

10. El método según la reivindicación 1, en donde la temperatura en un canal en el centro del panal de abeja es una temperatura más baja que la temperatura en un canal en la periferia exterior del panal de abeja dentro del intervalo de temperaturas en el cual se oxida el aditivo orgánico.

11. El método según la reivindicación 1, en donde el aditivo orgánico está constituido por un aglutinante orgánico.

12. El método según la reivindicación 11, en donde el aglutinante orgánico es metilcelulosa, etil-hidroxietilcelulosa, hidroxibutilcelulosa, hidroxibutil-metilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroximetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, hidroxietil-metilcelulosa, carboximetilcelulosa sódica, o mezclas de las mismas.