阅读说明：本技术 包含稳定化乳液的生坯陶瓷混合物及形成陶瓷体的方法 (Green ceramic mixture comprising stabilized emulsion and method of forming ceramic body ) 是由 M·A·刘易斯 于 2018-12-16 设计创作，主要内容包括：生坯陶瓷混合物包括至少一种无机组分、至少一种有机粘结剂和稳定的乳液,所述稳定的乳液包含至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂。用于形成陶瓷体的方法包括：形成包含稳定乳液的生坯陶瓷混合物；以及挤出生坯陶瓷混合物。所述方法和生坯陶瓷混合物可用于生产生坯陶瓷体和经烧制的陶瓷体。(The green ceramic mixture includes at least one inorganic component, at least one organic binder, and a stable emulsion comprising at least one lubricant, at least one aqueous solvent, and at least one emulsifier. A method for forming a ceramic body comprising: forming a green ceramic mixture comprising a stable emulsion; and extruding the green ceramic mixture. The method and green ceramic mixture can be used to produce green ceramic bodies and fired ceramic bodies.)

包含稳定化乳液的生坯陶瓷混合物及形成陶瓷体的方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年12月19日提交的系列号为62/607,593的美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。

技术领域

本公开一般涉及包含稳定乳液的生坯陶瓷混合物，所述稳定乳液包含至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂。本公开还涉及用于挤出所述生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体的方法，所述生坯陶瓷体可被烧制成陶瓷体。

背景技术

陶瓷体，例如堇青石和钛酸铝陶瓷体，可以用于各种应用。例如，陶瓷体可以用作催化转化器或微粒过滤器，其可用于从流体流移除污染物和/或微粒。示例性的流体流可以包括气体、蒸气或液体，微粒可以包括在流体中的独立相，例如在气体或液体流中的固体微粒，或者在气体流中的液滴等。微粒可包括烟炱、烟灰、粉尘、气溶胶状液体以及各种其他微粒污染物。污染物可包括毒性气体或液体，例如一氧化碳、未燃烧的烃燃料等。

发明内容

本公开例示的实施方式涉及减少或消除油裂(oil fissuring)的发生的方法、混合物和生坯陶瓷体，包括一种方法，所述方法包括：在生坯陶瓷混合物中形成稳定乳液，其包括至少一种无机组分、至少一种有机粘结剂、至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂，其中，所述乳液在非剪切条件下是稳定的并且保持至少一小时的时间；以及挤出生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体。

在一些实施方式中，在生坯陶瓷混合物中形成稳定的乳液包括：混合所述至少一种润滑剂、所述至少一种水性溶剂和所述至少一种乳化剂以形成稳定乳液；以及使所述稳定乳液与所述至少一种无机组分和所述至少一种有机粘结剂混合。

在一些实施方式中，混合所述至少一种润滑剂、所述至少一种水性溶剂和所述至少一种乳化剂以形成稳定乳液包括：将所述至少一种乳化剂加入到所述至少一种润滑剂中并且随后加入所述至少一种水性溶剂。

在一些实施方式中，混合所述至少一种润滑剂、所述至少一种水性溶剂和所述至少一种乳化剂以形成稳定乳液包括：将所述至少一种乳化剂加入到所述至少一种水性溶剂中并且随后加入所述至少一种润滑剂。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂选自油溶性表面活性剂、水溶性表面活性剂、官能化硅酮化合物、脂肪酸及其组合。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂选自饱和和不饱和、直链和支化C₈-C₂₂脂肪酸及其衍生物。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂选自非离子型表面活性剂。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂选自官能化硅氧烷。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂是至少一种脂肪酸和至少一种非离子型表面活性剂的混合物。

在一些实施方式中，所述方法还包括：烧制生坯陶瓷体。

各个实施方式涉及通过上述任一种方法形成的生坯陶瓷体或烧制的陶瓷体。

本公开例示的实施方式还涉及一种生坯陶瓷混合物，其包括：至少一种无机组分；至少一种有机粘结剂；和稳定乳液，其包括至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂；其中，所述乳液在非剪切条件下是稳定的并且保持至少一小时的时间。

在一些实施方式中，所述至少一种无机组分包含形成堇青石的粉末。

在一些实施方式中，所述至少一种有机粘结剂包括纤维素粘结剂。

在一些实施方式中，所述至少一种润滑剂选自矿物油、聚α-烯烃油及其组合。

在一些实施方式中，所述至少一种水性溶剂是水。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂选自油溶性表面活性剂、水溶性表面活性剂、官能化硅酮化合物、脂肪酸及其组合。

在一些实施方式中，所述至少一种乳化剂是至少一种脂肪酸和至少一种非离子型表面活性剂的混合物。

本公开例示的实施方式还涉及一种生坯陶瓷体，其包括：至少一种无机组分；至少一种有机粘结剂；和稳定乳液，其包括至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂；其中，所述乳液在非剪切条件下是稳定的并且保持至少一小时的时间。

本公开进一步例示的实施方式涉及一种制造生坯陶瓷体的方法，其包括：形成包括乳液的生坯陶瓷混合物，所述乳液在非剪切条件下是稳定的；以及在形成生坯陶瓷混合物的一小时内，挤出生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体。

在以下的

具体实施方式

中给出了本公开的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述方法而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都显示了本公开的各个实施方式，并旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。

附图说明

下文所述的附图是用于说明目的并且不是必需按比例绘制。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围。在说明书和附图中所用的相同的附图标记表示相同元件。

图1A示意性例示了一种示例性陶瓷蜂窝体的透视图。

图1B示意性例示了图1A的蜂窝体的端面图。

具体实施方式

生坯陶瓷混合物可包括至少一种挤出助剂，例如润滑剂连同至少一种乳化剂，其被认为在生坯陶瓷混合物与挤出设备壁之间提供了“滑移”层。挤出助剂可以降低挤出设备中的壁曳力和/或压力，并且允许有更高的进料速率和/或挤出速率以增加产量。然而，添加这些挤出助剂可导致挤出的生坯体开裂，在本文中，这被称为“油裂”，例如，油珠可能上升到生坯体表面并且在油珠下可在生坯体中存在裂缝或裂纹。开裂的生坯体无法被修复，并且被认为对产量造成损失。

不希望或无需囿于理论，认为，当部件从挤出机出来而油泄漏到部件上时，并且液相的水分数局部下降而造成生坯体的拉伸强度下降时，发生油裂。这种油珠下方的拉伸强度的下降导致在油珠正下方有裂缝或裂纹。挤出助剂常是较差的乳化剂，并且可导致液相乳液在剪切作用下乳化，但在去除剪切作用时分离。

还认为，诸如挤出模头之类的挤出设备可以具有各种“死区”，在这些“死区”中，液体可在非剪切条件下积聚并且乳液可分离。取决于乳液分离的程度，积聚在这些死区中的液体的组成可不同于生坯陶瓷混合物的液体相。如果来自分离的乳液的液体泄漏到生坯体上，则可导致泄漏位点处的拉伸性质变化，这导致了油裂。

提供不会导致油裂的生坯陶瓷混合物和挤出方法将会是有利的。不希望或无需囿于理论，认为将稳定乳液加入到生坯陶瓷混合物中可减少或消除油裂的发生，所述稳定乳液例如即使在非剪切条件下也能保持乳化状态的乳液，并且保持的时间大于“死区”停留时间。即使稳定乳液泄漏到生坯体上，泄漏的液体将具有与生坯陶瓷混合物自身的液体相基本相同的组成，从而不会不利地影响泄漏位点处的生坯体的拉伸强度。

本文公开了一种生坯陶瓷混合物，其包括至少一种无机组分，至少一种有机粘结剂，和稳定乳液，所述稳定乳液包括至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂，其中，所述乳液在非剪切条件下是稳定的并且保持至少一小时的时间。

如本文所用的术语“稳定乳液”、“稳定化乳液”及其变化形式可互换使用，以表示不依赖于剪切条件，可维持乳化状态规定时间段的乳液。一种示例性的乳液在非剪切条件下可以稳定至少1小时，所述非剪切条件例如不存在混合、搅拌或者导致在液体中造成流动的力的任何其他运动。稳定的时间段例如可根据挤出设备和所述设备中的任何死区而变化。在一些实施方式中，稳定的时间段可以大于液体相在给定设备内的死区中的停留时间。例如，根据挤出设备，乳液可以稳定大于约1小时、2小时、3小时、4小时、6小时、8小时、10小时、12小时、18小时、24小时或者甚至更久的时间段，包括其间的所有范围和子范围，例如，约1小时至约24小时的范围内。

在一些实施方式中，乳液稳定性可以通过评价处于悬浮中的分散液体的体积百分比来测量(例如，对于水包油型乳液，油是悬浮着的分散相并且水是连续相，对于油包水型乳液，则水是悬浮着的分散相而油是连续相)。稳定的乳液可以具有至少约90％的悬浮着的分散液体，例如，至少约95％，至少约98％，至少约99％，或100％的悬浮着的分散液体，包括其间的所有范围和子范围，例如，约90％至约100％。还可以测量分散液体的平均液滴尺寸，例如，使用库尔特(Coulter)计数器测量，并且其可以小于约10微米，例如，小于约8微米，小于约5微米，小于约4微米，小于约3微米，小于约2微米，或小于约1微米，包括其间的所有范围和子范围，例如，在约1微米至约10微米的范围内。根据各个实施方式，如本文定义的稳定乳液可维持至少95％的分散液体处于悬浮的乳化状态，在非剪切条件下，所述分散相具有10微米或更小的液滴尺寸，并且保持至少1小时，例如至少6小时，至少12小时或者至少24小时，或者更久。

如在本文中所使用的，术语“生坯陶瓷混合物”及其变化形式旨在表示包含能够形成生坯陶瓷体的无机组分的混合物，所述生坯陶瓷体接着可被烧制成陶瓷体，其中，生坯陶瓷混合物可包含一种或多种陶瓷组分，和/或一种或多种能够形成陶瓷相或陶瓷材料的组分。所述生坯陶瓷混合物可包含无机批料组分和附加组分的混合物，所述附加组分例如粘结剂、水、油和/或任何其他所需的添加剂。在一些实施方式中，混合物基本上是均匀的。可烧制生坯陶瓷混合物以形成多种不同的陶瓷材料。例如，陶瓷材料可包括但不限于堇青石、钛酸铝、碳化硅、氮化硅、铝酸钙、磷酸锆、锂霞石、锂辉石、莫来石、长石等。因此，在一些实施方式中，生坯陶瓷混合物是形成堇青石的生坯陶瓷混合物、形成钛酸铝的生坯陶瓷混合物等中的一种。根据某些实施方式，生坯陶瓷混合物包括(i)烧制时反应形成陶瓷材料的生坯无机组分和/或(ii)构成陶瓷化合物的经部分或完全反应的无机组分。

组成生坯陶瓷混合物的无机组分可以包含一种或多种无机氧化物或其前体，它们在本文中统称为“源”材料。源可以包括但不限于当单独或在其他材料的存在下加热到给定温度时会得到无机氧化物的材料。在本公开的各种非限制性实施方式中，无机组分可以包括以下中的至少一种源：氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛和/或其他无机氧化物(例如，镧、钇、钡、钠、钾、锂、钙、锶、铁、硼和磷的氧化物)，以及其他无机化合物，例如碳酸盐、硝酸盐和氢氧化物(例如碳酸钙和碳酸锶)。

在一个实施方式中，形成堇青石的生坯陶瓷混合物包括氧化铝源、二氧化硅源和氧化镁源。在一个实施方式中，形成钛酸铝的生坯陶瓷混合物包括氧化铝源和二氧化钛源。

氧化铝源的实例包括但不限于α-氧化铝，过渡型氧化铝，例如γ、θ、χ和ρ-氧化铝，水合氧化铝，三水铝石，刚玉，勃姆石，拟薄水铝石，氢氧化铝、偏氢氧化铝(aluminumoxyhydroxide)，水铝石，高岭土及其组合。在各个实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物中的无机组分的总重量，基于氧化物计，在生坯陶瓷混合物中可以存在约25重量％至约60重量％的量的氧化铝源。如本文所用的术语“无机组分”不包括主动或有意加入到混合物中的任何液体(例如，润滑剂、溶剂和乳化剂)。例如，氧化铝源可以占无机组分的约30重量％至约55重量％、约35重量％至约50重量％、或约40重量％至约45重量％，包括其间的所有范围和子范围。

二氧化硅源的实例包括但不限于非晶二氧化硅，例如熔凝二氧化硅和溶胶-凝胶二氧化硅，结晶二氧化硅，例如沸石、石英和方石英，胶体二氧化硅，硅藻土二氧化硅，硅酮树脂，硅藻土二氧化硅，高岭土，滑石，莫来石及其组合。在其他实施方式中，二氧化硅源选自形成二氧化硅的源，其包括加热时形成二氧化硅的至少一种化合物，例如硅酸和硅酮有机金属化合物。根据示例性实施方式，相对于生坯陶瓷混合物中的无机组分的总重量，基于氧化物计，二氧化硅源以约5重量％至约60重量％的量存在于形成堇青石的生坯陶瓷混合物中，例如，基于氧化物计，约8重量％至约50重量％、约10重量％至约40重量％、约12重量％至约30重量％、或约15重量％至约20重量％，包括其间的所有范围和子范围。

氧化镁源的实例包括但不限于滑石、菱镁矿、氢氧化镁及其组合。相对于生坯陶瓷混合物中的无机组分的总重量，基于氧化物计，氧化镁源可以约5重量％至约25重量％的量存在于形成堇青石的生坯陶瓷混合物中，例如，基于氧化物计，约10重量％至约20重量％、约12重量％至约17重量％、或约14重量％至约16重量％，包括其间的所有范围和子范围。

二氧化钛源的实例包括但不限于金红石、锐钛矿、无定形二氧化钛及其组合。相对于生坯陶瓷混合物中的无机组分的总重量，基于氧化物计，二氧化钛源可以约25重量％至约40重量％的量存在于形成钛酸铝的生坯陶瓷混合物中，例如，基于氧化物计，约27重量％至约35重量％、或约30重量％至约33重量％，包括其间的所有范围和子范围。

在一些实施方式中，生坯陶瓷混合物还可以包括至少一种另外的无机氧化物、碳酸盐、硝酸盐或氢氧化物，例如，镧、钇、钡、钠、钾、锂、钙、锶、铁、硼和磷的氧化物、碳酸盐、硝酸盐和/或氢氧化物。根据各个实施方式，相对于生坯陶瓷混合物中的无机组分的总重量，基于氧化物计，这些另外的组分可以约3重量％至约50重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，基于氧化物计，约5重量％至约40重量％、约8重量％至约30重量％、约10重量％至约20重量％、或约12重量％至约15重量％，包括其间的所有范围和子范围。生坯陶瓷混合物还可包含一种或多种多源无机化合物。多源化合物是向生坯陶瓷混合物提供两种或更多种氧化物或前体的化合物，例如高岭土或滑石。

在各个实施方式中，可以对无机组分进行选择，使得生坯陶瓷混合物形成和/或构成堇青石、钛酸铝、碳化硅、氮化硅、铝酸钙、磷酸锆、锂霞石、锂辉石、莫来石或长石陶瓷体。因此，一种或多种无机组分可以具有与最终的经烧制的组合物相同的组成，例如，无机组分可以是碳化硅，其中，碳化硅颗粒彼此结合、聚结或烧结而得到最终的碳化硅陶瓷体；或者，其中的一种无机组分可以是堇青石，其中，最终的经烧制的陶瓷制品包含堇青石。替代或附加地，无机组分可以包括两种或更多种无机组分，其在固相反应中彼此反应以得到与所述任何一种无机组分不同的最终的经烧制的组合物。例如，氧化铝和二氧化硅可作为无机组分来提供，并且最终的经烧制的陶瓷组合物可以是堇青石或钛酸铝或者另一种组合物。在至少一个实施方式中，生坯陶瓷混合物形成钛酸铝陶瓷体。例如，可以对混合物中的无机组分的化学计量进行选择，以产生包含约45-55重量％氧化铝、约25-35重量％二氧化钛和约5-15重量％二氧化硅的陶瓷组合物。示例性钛酸铝生坯陶瓷混合物及其制备见述于第4,483,944号、第4,855,265号、第5,290,739号、第6,620,751号、第6,942,713号、第6,849,181号、第7,001,861号、第7,259,120号、和第7,294,164号美国专利中；第2004/0020846号、第2004/0092381号、第2006/0021309号、第2005/0091952号和第2004/0092381号美国专利申请公开中，所有文献通过引用全文纳入本文。

根据某些实施方式，生坯陶瓷混合物包括形成堇青石的生坯混合物，其接着被成形为形成堇青石的生坯陶瓷体并被烧制成堇青石陶瓷体。例如，对无机组分的化学计量进行选择，以产生包含约35-60重量％二氧化硅、约25-50重量％氧化铝和约5-25重量％氧化镁的陶瓷组合物。示例性的形成堇青石的生坯混合物及其制备见述于第7,704,296号美国专利和第2009/0220736号美国专利申请公开，二者通过引用全文纳入本文。在各个示例性实施方式中，形成堇青石的生坯混合物包含粘土，或者在另一些实施方式中可以基本上不含粘土。例如，堇青石生坯陶瓷混合物可以包含小于约1重量％的粘土，例如小于约0.5重量％的粘土，或者小于约0.1重量％的粘土。

在各个实施方式中，生坯陶瓷混合物包含至少一种有机粘结剂，例如水溶性粘结剂。作为非限制性实例，有机粘结剂可以包含纤维素粘结剂，例如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素衍生物及其组合。可商购的纤维素粘结剂包括但不限于陶氏化学公司(Dow Chemical)销售的美多秀(Methocel)粘结剂。在某些实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种粘结剂可以约1重量％至约10重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，以约2重量％至约6重量％、或约3重量％至约5重量％的量存在。所述生坯陶瓷混合物是经过挤出并成形成生坯陶瓷体的混合物。

在各个实施方式中，生坯陶瓷混合物还可以包含至少一种润滑剂。例如，生坯陶瓷混合物可以包含以下中的至少一种：矿物油、玉米油、高分子量聚丁烯、多元醇酯、石蜡及其组合。在各个实施方式中，所述至少一种润滑剂包含矿物油或聚α-烯烃油。商购的润滑剂可包括但不限于英力士公司(Ineos)销售的产品，例如

162，以及由耐斯特公司(Neste)销售的

3020。相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种润滑剂可以约1重量％至约10重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，约2重量％至约9重量％、约3重量％至约8重量％、约4重量％至约7重量％、或约5重量％至约6重量％，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种润滑剂可以约3重量％至约7重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中。

所述生坯陶瓷混合物包含至少一种水性溶剂。水性溶剂可以仅包括水或者包括水与至少一种水混溶性溶剂(例如醇)的混合物。在至少一个实施方式中，水性溶剂基本上由水组成，例如由去离子水组成。在各个非限制性实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种水性溶剂可以约15重量％至约50重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，约20重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、或约30重量％至约35重量％，包括其间的所有范围和子范围。根据某些实施方式，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种水性溶剂可以约25重量％至约40重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中。

在一些实施方式中，生坯陶瓷混合物还包含至少一种乳化剂。乳化剂的例子包括脂肪酸、表面活性剂、官能化硅酮化合物和具有界面活性的其他类似化合物。在一些实施方式中，也可以使用官能化硅酮化合物、脂肪酸和/或表面活性剂的混合物。相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种乳化剂可以约0.05重量％至约3重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，约0.1重量％至约2.5重量％、约0.5重量％至约2重量％、或约1重量％至约1.5重量％，包括其间的所有范围和子范围。

脂肪酸可以包括饱和及不饱和、直链和支化的脂肪酸，例如C₈-C₂₂脂肪酸及其衍生物，例如硬脂酸、月桂酸、油酸、亚油酸和棕榈烯酸。其他示例性脂肪酸包括妥尔油、齐墩果白(olean white)、棕榈酸及脂肪酸的混合物，例如，包含月桂酸的混合物，包含油酸的混合物，包含硬脂酸的混合物，例如

213(E213)和120(E120)。在一些实施方式中也可以使用脂肪酸和酯的混合物。在某些实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种脂肪酸可以约0.1重量％至约2重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中。

表面活性剂的非限制性实例包括C₈-C₂₂脂肪醇、硫酸盐、酯、醚、环氧乙烷及其组合。在某些实施方式中，所述至少一种表面活性剂选自：月桂基硫酸铵、聚乙二醇烷基醚、山梨醇酯、乙氧基化山梨醇酯、聚山梨酯、环氧乙烷及其组合。根据非限制性实施方式，所述至少一种表面活性剂选自非离子型表面活性剂。可商购的表面活性剂包括但不限于

和吐温(Tween)表面活性剂，例如

30、35、93、97和98；

20、40、60、80、83、85和120；以及Tween 20、21、40、60、61、65和80。在某些实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种表面活性剂以约0.05重量％至约1.5重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中。

示例性的官能化硅酮化合物可包括但不限于官能化硅氧烷。示例性官能团可包括但不限于羟基(OH)、羧基(COOH)、以及羟基封端的环氧乙烷(EO)_pOH基团或其组合。例如，官能化硅酮化合物可以选自式(I)的化合物：

其中n可以在1至70的范围内，例如2至60、3至50、4至40、5至30、6至20、7至10、或8至9，包括其间的所有范围和子范围，并且其中X是官能团，例如羟基、羧基或羟基封端的环氧乙烷基团。虽然式(I)的化合物显示为双配位化合物，但是也可使用单配位硅酮化合物，例如仅被一个官能团X取代的化合物。示例性的官能化硅氧烷化合物可包含式(II)-(IV)的化合物：

其中，n如上文定义，m在1至15的范围内，例如2至12、3至10、4至9、5至8或6至7，包括其间的所有范围和子范围，并且p在1至4的范围内，例如2至3，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，也可以使用式(II)-(IV)所示的包含官能团的单配位硅酮化合物。

根据各个实施方式，官能团X包括烃链和至少一个羟基。在非限制性实施方式中，烃链包含15个或更少的碳原子，例如C₁-C₁₅碳链、C₂-C₁₂碳链、C₃-C₁₀碳链、C₄-C₉碳链、C₅-C₈碳链、或C₆-C₇碳链。烃链可以是饱和或不饱和的、直链、支化、或环化的，并且/或者是未取代或被至少一个杂原子(例如N、O或S)取代的。在一些实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种官能化硅酮化合物以约0.05重量％至约1重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中。

在各个实施方式中，润滑剂、水性溶剂和官能化硅酮化合物以乳液形式存在于生坯陶瓷混合物中，例如，水包油型乳液或油包水型乳液。因此，相对于乳液的总重量，以重量计的这些组分各自的相对量可以变化。虽然乳液中的相对量基于润滑剂、水性溶剂和乳化剂组分中的每一者完全(100％)参与乳液的假设来计算，但是这些组分中的每一者的部分也可以存在于乳液之外，例如与无机组分和/或粘结剂或者生坯陶瓷混合物中存在的任何其他组分混杂。根据非限制性实施方式，稳定乳液是水包油型乳液。

在一些实施方式中，相对于润滑剂、水性溶剂和乳化剂的总重量，所述至少一种润滑剂以约3重量％至约30重量％的量存在于乳液中，例如，约4重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、或约10重量％至约15重量％，包括其间的所有范围和子范围。相对于润滑剂、水性溶剂和乳化剂的总重量，所述至少一种水性溶剂可以至少约75重量％的量存在于乳液中，例如，约75重量％至约95重量％、约80重量％至约92重量％、约82重量％至约90重量％、或约85重量％至约88重量％，包括其间的所有范围和子范围。相对于润滑剂、水性溶剂和乳化剂的总重量，所述至少一种乳化剂可以约0.1重量％至约10重量％的量存在于乳液中，例如，约0.2重量％至约9重量％、约0.3重量％至约8重量％、约0.5重量％至约7重量％、约1重量％至约6重量％、约2重量％至约5重量％、或约3重量％至约4重量％，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，相对于润滑剂、水性溶剂和乳化剂的总重量，所述至少一种润滑剂以约10重量％至约20重量％的量存在于乳液中，所述至少一种水性溶剂以约80重量％至约90重量％的量存在于乳液中，并且所述至少一种乳化剂以约0.2重量％至约4重量％的量存在于乳液中。

所述生坯陶瓷混合物优选但是任选地包括至少一种造孔剂。造孔剂是在烧制期间从生坯陶瓷体燃烧掉以在经烧制的陶瓷体中产生孔的微粒物质。造孔剂的实例包括但不限于碳造孔剂，例如石墨、活性碳、石油焦和碳黑；淀粉造孔剂，例如玉米、大麦、豆、土豆米、木薯、豌豆、西谷椰子、小麦、美人蕉和核桃壳的粉；聚合物造孔剂，例如聚丁烯、聚甲基戊烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、环氧树脂、ABS、丙烯酸类和聚酯(PET)；及其组合。根据至少一个实施方式，所述至少一种造孔剂选自碳造孔剂，例如石墨，以及淀粉造孔剂，例如米玉米、西谷椰子和土豆。在各个非限制性实施方式中，相对于生坯陶瓷混合物的总重量，所述至少一种造孔剂以约1重量％至约40重量％的量存在于生坯陶瓷混合物中，例如，约5重量％至约30重量％、约10重量％至约25重量％、或约15重量％至约20重量％，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，生坯陶瓷混合物包括两种或更多种类型的造孔剂，例如三种或更多种造孔剂。例如，但非限制，可以使用聚合物造孔剂和碳造孔剂的组合，碳造孔剂和淀粉造孔剂的组合，或者聚合物造孔剂和淀粉造孔剂的组合。

本公开还涉及用于生产陶瓷体的方法，所述方法包括：混合材料以形成生坯陶瓷混合物，其中，所述材料包括至少一种无机组分、至少一种有机粘结剂、至少一种润滑剂、至少一种水性溶剂和至少一种乳化剂；在生坯陶瓷混合物中形成稳定乳液，所述稳定乳液包括所述至少一种润滑剂、所述至少一种水性溶剂和所述至少一种乳化剂，其中，所述乳液在非剪切条件下稳定至少1小时的时间；以及挤出所述生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体。在一些实施方式中，当润滑剂和水性溶剂为乳化状态时挤出生坯陶瓷混合物。例如，在形成生坯陶瓷混合物的规定时间内(例如，在形成生坯陶瓷混合物的1小时、2小时、3小时、5小时或10小时内)，挤出生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体。

可以使用本领域已知的任何合适的方法混合材料。在各个实施方式中，无机组分包含干燥粉末，在一些实施方式中，其可被混合形成基本上均匀的干燥混合物。例如，可以预先合并无机组分以形成基本上干燥的混合物，并且随后可以通过加入润滑剂、溶剂、粘结剂和/或乳化剂中的一种或多种来进行润湿和/或塑化。任选地，还可以将所述至少一种造孔剂与无机组分掺混以形成干燥混合物。根据某些非限制性实施方式，可以任何顺序或亚组合将所有的湿材料和干材料混合在一起，以形成包含稳定乳液的生坯陶瓷混合物，例如，稳定乳液可以在混合期间原位形成。

在替代性实施方式中，可以预混合润滑剂、溶剂和乳化剂以形成稳定乳液，随后再将该稳定乳液与干材料(例如无机组分和/或造孔剂)合并。根据各个实施方式，预混合包括：将所述至少一种水性溶剂加入到所述至少一种润滑剂和所述至少一种乳化剂的混合物中。在其他实施方式中，预混合包括：混合所述至少一种水性溶剂和所述至少一种乳化剂，以及将该混合物加入到所述至少一种润滑剂中。

无论添加顺序如何，生坯陶瓷混合物的各个组分可以混合形成基本上均匀的混合物。作为非限制性实例，可以混合或揉合各材料，例如，使用螺带式混合机、双螺杆挤出机/混合机、螺旋混合机、碾式混合机或双臂混合机来进行。

然后，可以挤出生坯陶瓷混合物以形成生坯陶瓷体，例如自支承生坯陶瓷体。例如，可以使用液压柱塞式挤压机、单螺旋挤出机或双螺杆混合机，并且将模头组件附接于排出端，垂直或水平地挤出生坯陶瓷混合物。根据各个实施方式，可以挤出生坯陶瓷混合物以形成包含蜂窝构造的生坯陶瓷体，所述蜂窝构造包含多个形成通道的壁，所述通道具有一种或多种所需的通道形状、壁厚度和/或孔道密度。

图1A和1B根据本公开的一些实施方式，例示了一个示例性陶瓷蜂窝体100，其可以是生坯陶瓷体(烧制前)或经烧制的陶瓷体(烧制后)。陶瓷蜂窝体100包括蜂窝结构112，其包括多个相交的壁102的基质，所述相交的壁102形成通道104，所述通道104从第一端105A纵向延伸到第二端105B。在一些实施方式中，通道104可以由垂直相交的壁102(如图所示)形成。在相交壁102的基质的外周区域上可以设置有表层106。附图示出了在横截面中的矩形(例如正方形)截面通道形状。然而，可以采用在横截面中的其他截面通道形状，例如矩形(非正方形)、六边形、八边形、菱形、三角形及其组合。

如本文中所使用的术语“生坯陶瓷体”及其变化形式旨在表示未经烧制的前体混合物，在一些实施方式中，表示未反应的前体混合物，其已经被挤出，并且优选地，在挤出后得到自立式生坯体。生坯体优选在挤出后是自立式主体，更优选地，在生坯体干燥后以及烧制期间，其是自立式主体。优选地，生坯体是经干燥的，并且在最终的烧制、烧结、煅烧或其他反应性加工之前，其仍被认为是生坯体。在某些实施方式中，可以使用空气干燥、热空气干燥、介电干燥、微波干燥、真空干燥或冷冻干燥来对生坯体进行干燥。“经烧制的”或“经烧结的”陶瓷体及其变化形式旨在表示已经在有效地将生坯陶瓷混合物转化成最终的陶瓷组合物的条件下经历了烧制的陶瓷体。在烧制过程期间，陶瓷体还可以经历煅烧。

在一些实施方式中，可以对生坯体进行烧制以形成陶瓷体。作为非限制性实例，烧制可以在约1200℃至约1600℃的温度下发生，例如约1250℃至约1500℃、约1300℃至约1450℃、或约1350℃至约1400℃，包括其间的所有范围和子范围。示例性的烧制时间可在约1小时至约200小时的范围内，例如约2小时至约100小时、约3小时至约50小时、约5小时至约25小时、或约10小时至约20小时，包括其间的所有范围和子范围。

任选地，烧制过程可以包括加热阶段，其燃烧掉有机组分，例如造孔剂、粘结剂、表面活性剂、油和/或乳化剂。例如，粘结剂的燃烧温度可以在约200℃至约300℃的范围内，并且造孔剂的燃烧温度可以在约300℃至约1000℃的范围内。在加热阶段，可以将生坯陶瓷暴露在约200℃至约1000℃的温度，例如约300℃至约800℃、约400℃至约700℃、或约500℃至约600℃，包括其间的所有范围和子范围。

本文公开的方法和/或生坯陶瓷混合物可用于形成具有所需形状和/或尺寸的生坯陶瓷体，包括孔道体，例如蜂窝体。例如，本文公开的生坯陶瓷混合物可以通过挤出或以其他方式成形，以产生具有所需形状的生坯陶瓷体，例如蜂窝形状的陶瓷体。生坯陶瓷体可具有三维形状，例如立方体、块体、角锥体、圆柱体、球体等，并且具有宽度、长度、高度和/或直径。在各个实施方式中，生坯陶瓷体例如通过挤出和/或模塑技术形成为整体结构。本领域的普通技术人员熟悉用来形成所述陶瓷整体结构的各种技术。随后可以烧制生坯陶瓷体以产生具有所需形状和组成的经烧制的陶瓷体。

在一些实施方式中，经烧结的陶瓷体或经烧制的陶瓷体包括多孔陶瓷结构(或微结构)。本文公开的高多孔陶瓷可包括具有一定孔隙率的陶瓷结构，在一些实施方式中，所述孔隙率为至少约40％，例如约45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或更大。多孔陶瓷结构还可以具有任何的各种构造和设计，包括但不限于流通式整体结构、壁流式堵塞整体结构或部分流式(部分堵塞)整体结构。示例性的流通式整体结构包括壁，所述壁形成通道、多孔网络或其他通路，并且流体可通过所述通道、多孔网络或其他通路从结构的一端流到另一端。示例性壁流式整体结构包括例如形成通道或多孔网络或其他通路的壁，所述通道或多孔网络或其他通路在结构的相对端部开放或堵塞，由此在流体从结构的一端流到另一端的时候，能够引导流体流过通道壁。示例性的部分流式整体结构可包括壁流式整体结构与流通式整体结构的特征的组合，例如，一些通道或通路在两端处均开放以允许一些流体以最小的阻力流动通过通道。本文还设想了分区段的结构，其可包括连接在一起的两个或更多个蜂窝块，其中，每个蜂窝块是独立的整体件。

在某些实施方式中，生坯或经烧制的陶瓷体具有蜂窝形状，例如，包括形成平行孔道并且其限定了通道的多个壁。由于蜂窝构造的孔道几何结构具有高的表面积/单位体积而使例如微粒物质的沉积增加，因此其常用于过滤。蜂窝结构可包括多个内壁，其分离并限定了多个通道。另外，其中的一个或多个通道可包括塞物，其可用于引导或增加流体流动通过通道内壁。蜂窝通道可以具有基本为四边形或六边形的截面，或者可以具有任何其他合适的几何结构，例如，圆形、正方形、三角形、矩形或正弦截面，或者其任何组合。

蜂窝体常根据每平方英寸表面积的孔道(或通道)数以及内壁厚度(通常以密耳或10^-3英寸为单位)来描述。例如，包含300个孔道/英寸²和0.008英寸壁厚度的蜂窝体将被标记为300/8蜂窝，以此类推。示例性的蜂窝体可以包括约100至约500个孔道/英寸²(15.5-77.5个孔道/cm²)，例如约150至约400个孔道/英寸²(23.25-62个孔道/cm²)、或约200至约300个孔道/英寸²(31-46.5个孔道/cm²)，包括其间的所有范围和子范围。根据另外的实施方式，内壁厚度可以在约0.005至约0.02英寸(127-508微米)的范围内，例如约0.006至约0.015英寸(152-381微米)、约0.007至约0.012英寸(177-305微米)、或约0.008至约0.01英寸(203-254微米)，例如约5x 10^-3英寸、6x 10^-3英寸、7x 10^-3英寸、8x 10^-3英寸、9x 10^-3英寸、10x 10^-3英寸、12x 10^-3英寸、14x 10^-3英寸、16x 10^-3英寸、18x 10^-3英寸、或20x 10^-3英寸，包括其间的所有范围和子范围。

在一些实施方式中，蜂窝长度和/或直径可在一英寸至几英寸的范围内，例如约1英寸至约12英寸(2.54-30.48cm)、约2英寸至约11英寸(5.08-27.94cm)、约3英寸至约10英寸(7.62-25.4cm)、约4英寸至约9英寸(10.16-22.86cm)、约5英寸至约8英寸(12.7-20.32cm)、或约6英寸至约7英寸(15.24-17.78cm)，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，所述蜂窝体的总体积可在约0.1L至约20L的范围内，例如约0.5L至约18L、约1L至约16L、约2L至约14L、约3L至约12L、约4L至约10L、或约5L至约8L，包括其间的所有范围和子范围。

在某些实施方式中，生坯和/或经烧制的陶瓷体包括外周壁或外表层和内芯体。例如，外表层可形成过滤器的多孔外表面，并且内芯体可包括构成不同多孔微结构(例如多个通道)的壁。形成外表层和内壁的材料可以相同或不同，在一些实施方式中，外表层的厚度可以与内壁厚度不同。在一些实施方式中，外表层的孔隙率与内壁的不同，例如，外表层可以由不同的材料制成，或者可以由孔隙率更高或更低的相同材料制成。在各个示例性实施方式中，表层与蜂窝的芯体一起挤出和/或模制。在其他示例性实施方式中，表层是独立结构，其围绕芯体外部包裹并且与芯体一起烧制形成陶瓷结构。

根据某些非限制性实施方式，经烧制的陶瓷体的中值孔径(d₅₀)可小于约30微米，例如在约8微米至约30微米的范围内，约10微米至约25微米、或约15微米至约20微米，包括其间的所有范围和子范围，例如约8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30微米。例如，d₅₀值可在约12微米至约23微米的范围内，例如约13微米至约22微米、约14微米至约21微米、约15微米至约20微米、约16微米至约19微米、或约17微米至约18微米，包括其间的所有范围和子范围。如本文所用，中值孔径通过压汞法来测量。

另外，在一些实施方式中，可取的是限制陶瓷体中较大孔的数目，例如使得大于30微米的孔占总孔隙率的小于约10％(d₉₀＝30微米)。例如，大于30微米的孔可以占总孔隙率的小于约8％、小于约5％或小于约2％。在各个实施方式中，d₉₀值可在约20微米至约50微米的范围内，例如约25微米至约40微米、或约30微米至约35微米，包括其间的所有范围和子范围。类似地，根据某些实施方式，可取的是限制陶瓷体中较小孔的数目，例如使得小于5微米的孔占总孔隙率的小于约10％(d₁₀＝5微米)。例如，小于5微米的孔可以占总孔隙率的小于约8％、小于约5％或小于约2％。在各个实施方式中，d₁₀值可在约3微米至约15微米的范围内，例如约4微米至约14微米、约5微米至约12微米、约6微米至约11微米、约7微米至约10微米、或约8微米至约9微米，包括其间的所有范围和子范围。

应理解，各个公开的实施方式可以涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、要素或步骤。还应理解，虽然以涉及一个特定实施方式的形式进行描述，但是特定特征、要素或步骤可以与各个未例示的组合或排列方式中的替代性实施方式互换或组合。

还应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，而不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一个通道”包括具有一个此类“通道”或者两个或更多个此类“通道”的实例，除非上下文有另外的明确表示。类似地，“多个”或“阵列”旨在表示两个或更多个，使得“通道阵列”或“多个通道”表示两个或更多个此类通道。

如本文所用地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，则公开了数值的近似值和确切的数值。并且，当数值表示为范围的端点时，则公开了(i)与另一个端点相关的数值和(ii)与另一个端点无关的数值。另外，如本文所用的“X、Y和Z中的至少一种”可被解释为仅X、仅Y、仅Z或两个或更多个项目X、Y和Z的任意组合(例如，XYZ、XY、XZ、YZ)。另外，应理解，出于本公开的目的，“X、Y和/或Z”可被解释为仅X、仅Y、仅Z或两个或更多个项目X、Y和Z的任何组合(例如，XYZ、XY、XZ、YZ)。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以对本公开进行各种修改和变动而不偏离本公开的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到融合了本公开的精神和实质的所公开的实施方式的各种改进的组合、子项组合和变化，因此，应认为本公开包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

以下的实施例仅为旨在非限制性的和说明性的，本发明的范围通过权利要求来限定。

实施例

实施例1

使用突变转相技术评价形成堇青石的生坯陶瓷混合物的乳液稳定性。所述乳液假定仅包含液体组分(水、聚α-烯烃、乳化剂)，并且它们在乳液中的相对量计算为：80.4重量％水、17.4重量％聚α-烯烃和2.2重量％乳化剂。

将聚α-烯烃和乳化剂加入到小瓶中，随后加入水并剧烈搅拌以产生乳液。下表I中给出了乳液中的每种液体组分的量：

表I：示例性乳液

剧烈搅拌后，从视觉上评价每个小瓶的相分离。实施例A在搅拌停止后立即分离成双相体系并且不形成稳定乳液。实施例B在搅拌期间形成了乳状白色乳液，并且在搅拌停止后保持乳状白色，但是在45分钟后分离而形成澄清的双相体系。实施例B未形成稳定乳液。实施例C在静置过夜12小时后形成了乳状白色乳液并保持为乳液。实施例C的乳液保持长达3天的稳定。油酸(E213)是弱的脂肪酸乳化剂，而93是有效的疏水性表面活性剂乳化剂。不希望或无需囿于理论，认为通过增加93的量，例如通过用更有效的表面活性剂乳化剂来替换至少一部分脂肪酸乳化剂，乳液稳定性得到了增强。

对于给定的生坯陶瓷混合物，确定93应至少部分替换0.82重量％的油酸乳化剂，例如，需使用约0.082重量％至0.164重量％的

93(相对于混合物总重量来测量)来实现稳定乳液，例如，在非剪切条件下稳定至少1小时的乳液。乳化剂的类型和/或量可根据乳化剂类型、材料和/或混合物整体组成变化。然而，上述实验可针对任何给定的生坯陶瓷混合物来进行，以确定适于在混合物的液体相中实现稳定乳液的乳化剂的量/类型。

实施例2

油溶性乳化剂可用于提供高滑移作用和低的壁曳力，但是可能不利地影响所得到的生坯陶瓷体的拉伸强度，这是因为在生坯陶瓷混合物中的水分数较低。对于可在较高壁曳力下行进的陶瓷混合物，可通过包含水基乳化剂来增加水分数。使用突变转相技术，通过评价包含吐温80和油酸(E213)的乳液来测试该假设。吐温80是水溶性非离子型表面活性剂。

在实施例D中，将聚α-烯烃和乳化剂加入到小瓶中，随后加入乳化剂(90％E213；10％吐温80)。接着加入水并剧烈搅拌以产生乳液。在实施例E中，将乳化剂(90％E213；10％吐温80)溶于水并加入到小瓶中的聚α-烯烃中，同时剧烈搅拌以产生乳液。剧烈搅拌后，从视觉上评价每个小瓶的相分离。实施例D和E在搅拌期间均形成了乳状白色乳液并且在搅拌停止后保持乳状白色。然而，在静置过夜12小时后，实施例D保持为乳液，而实施例E在静置过夜后分离成双相体系。不希望或无需囿于理论，认为，如果加入到油相而非水相中，则水溶性乳化剂可以具有改进的乳液稳定性。当然，这些结果可能根据乳化剂类型和/或量以及/或者润滑剂类型和/或量而改变。再次，上述实验可以用于确定对给定的生坯陶瓷混合物的适合的加入顺序。