DE102007002903A1

DE102007002903A1 - Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorträgers

Info

Publication number: DE102007002903A1
Application number: DE200710002903
Authority: DE
Inventors: Silke Berger; Martin Dr. Paulus
Original assignee: Sued Chemie AG
Current assignee: Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-01-20
Also published as: DE102007002903B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorträgers, insbesondere eines Katalysatorträgers für den Einsatz in der Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren. Um ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem die Oberflächenstruktur der Beschichtung verhältnismäßig gezielt beeinflusst werden kann, wird ein Verfahren vorgeschlagen, umfassend die Schritte des a) gezielten Begasens oder Entgasens einer Washcoatsuspension, bis die Washcoatsuspension eine gewünschte Menge an Gas enthält; b) Auftragens der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf einen Katalysatorträger; c) Trocknens der auf den Katalysatorträger aufgetragenen Washcoatsuspension.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorträgers, insbesondere eines Katalysatorträgers für den Einsatz in der Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren.
Bei der Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren kommen in der Regel Katalysatoren zum Einsatz, die einen wabenförmigen Katalysatorträger aufweisen, auf dem eine katalytisch aktive Beschichtung abgeschieden ist. Die katalytisch aktive Beschichtung wird üblicherweise auf den Katalysatorträger aufgebracht, indem der Katalysatorträger zunächst mit einem katalytisch inaktiven porösen Trägeroxid, wie beispielsweise Al₂O₃, beschichtet und dann die getrocknete und/oder kalzinierte Beschichtung mit einer katalytisch aktiven Komponente oder einem Vorläufer davon imprägniert wird. Es sind im Stand der Technik aber auch Verfahren bekannt, bei denen die katalytisch aktive Beschichtung mittels eines Trägeroxids sowie einen Katalysator oder einen Vorläufer davon enthaltenden Washcoatsuspension in einem Schritt aufgetragen wird.
Die wabenförmigen Katalysatorträger haben zumeist eine zylindrische Form und sind ausgehend von ihrer Gaseintrittsstirnseite bis hin zu ihrer Gasaustrittsstirnseite von parallel zueinander ausgerichteten Strömungskanälen für den Durchtritt von Abgasen durchzogen. Die Dichte der Strömungskanäle über den Querschnitt des Katalysatorträgers gesehen wird auch als Zelldichte bezeichnet und liegt üblicherweise zwischen 30 und 1000 cpsi.
Die Katalysatorträger selbst sind üblicherweise aus einem keramischen oder einem metallischen Material gebildet und weisen unterschiedliche Geometrien auf, von rund bis oval, zylinderförmig etc.
Zum Aufbringen der Washcoatsuspension auf die Wandungen der Strömungskanäle der Katalysatorträger sind verschiedene Verfahren im Stand der Technik bekannt. So können die Katalysatorträger in Washcoatsuspensionen eingetaucht oder damit übergossen oder besprüht werden.
Die DE 40 401 50 C2 beschreibt ein Verfahren zur gleichmäßigen Beladung eines Wabenkörpers als Katalysatorträger aus Keramik oder Metall mit einer Washcoatsuspension, bei dem der Wabenkörper in eine formgleiche Tauchkammer eingebracht und die Washcoatsuspension von unten in den Wabenkörper gepumpt wird. Nach Auspumpen des Wabenkörpers und Entnahme aus der Tauchkammer wird der Wabenkörper durch Ausblasen oder Absaugen von überschüssiger Suspension befreit.
Das EP 0 980 710 B1 beschreibt ein Verfahren zum Beschichten der inneren Strömungskanäle eines monolithischen, zylindrisch geformten Katalysatorträgers mit einer Washcoatsuspension, wobei der Träger zwei Stirnflächen aufweist, die durch parallel zur Zylinderachse angeordnete Strömungskanäle miteinander verbunden sind. In dem Verfahren wird der Katalysatorträger vertikal ausgerichtet, eine vorgegebene Menge der Washcoatsuspension auf die obere Stirnfläche des Tragkörpers aufgegeben, d. h. die Kanäle werden vollständig mit der Washcoatsuspension befüllt bzw. bedeckt und danach wird durch die Strömungskanäle hindurchgesaugt, wobei überschüssige Washcoatsuspension aus den Strömungskanälen durch Freisaugen der Strömungskanäle entfernt wird. Die Washcoatsuspension wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 1 m/s durch die Strömungskanäle gesaugt und nach Abschluss des Hindurchsaugens überschüssige Washcoatsuspension aus den Strömungskanälen durch Anlegen eines Saugimpulses von unten entfernt, wobei die Absaugluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 40 und 1 m/s durch die Strömungskanäle gesaugt und die mit dem Luftstrom ausgetragene überschüssige Washcoatsuspension innerhalb einer Zeit von weniger als 100 ms nach dem Austreten aus dem Katalysatortragkörper vom Luftstrom abgetrennt wird.
Das EP 0 941 763 B1 betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Strömungskanäle eines zylindrisch geformten, wabenförmigen Katalysatorkörpers mit einer Washcoatsuspension durch Füllen der senkrecht ausgerichteten Strömungskanäle mit einer Füllmenge der Washcoatsuspension durch die untere Stirnfläche des Katalysatorkörpers und nachfolgendes Entleeren und Freisaugen der Strömungskanäle nach unten sowie Trocknen und Kalzinieren des Katalysatorkörpers. In diesem Verfahren werden die Strömungskanäle mit einer Füllmenge befüllt, die um bis zu 10% größer ist als das Leervolumen der Strömungskanäle, so dass die Washcoatsuspension nach Abschluss des Füllvorgangs die obere Stirnfläche des Katalysatorkörpers übersteigt. Danach wird die überstehende Washcoatsuspension vor dem Entleeren der Strömungskanäle entfernt und anschließend werden die Strömungskanäle durch einen Saugimpuls, der durch Verbinden eines Unterdruckbehälters mit der unteren Stirnfläche des Katalysatorkörpers erzeugt wird, entleert und freigesaugt, wobei die Zeit zwischen dem Beginn des Füllvorganges und dem Ende der Entleerung nicht mehr als 5 Sekunden beträgt.
Die DE 195 47 598 C1 beschreibt ein Verfahren zum Aufbringen einer Washcoatsuspension auf die Kanalwandungen von Strömungskanälen monolithischer scheibenförmiger Katalysator-Tragkörper von allgemein zylindrischem Querschnitt, welche von der Eintrittsstirnfläche zur Austrittsstirnfläche von den Strömungskanälen durchzogen werden, unter Verwendung einer Washcoatsuspension aus feinteiligen anorganischen Stoffen und/oder deren Vorläufern. Das Aufbringen der Washcoatsuspension auf die Kanalwandungen der Strömungskanäle erfolgt dabei derart, dass die Washcoatsuspension auf die Stirnflächen des Tragkörpers aufgespritzt oder aufgesprüht wird.
Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die mittels der Washcoatsuspension aufgetragene Washcoatbeschichtung eine verhältnismäßig stark zerklüftete Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch wird beispielsweise eine verhältnismäßig große Oberfläche der Beschichtung sowie eine starke Gasverwirbelung gewährleistet. Für andere Anwendungen wiederum kann es vorteilhaft sein, wenn die Beschichtung eine verhältnismäßig glatte Oberflächenstruktur aufweist. Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Beschichten von Katalysatorträgern beschreiben nicht, wie die Morphologie einer Washcoatbeschichtung gezielt beeinflusst werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorträgers bereitzustellen, insbesondere eines Katalysatorträgers für den Einsatz in der Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren, mittels welchem die Oberflächenstruktur von Washcoatbeschichtungen verhältnismäßig gezielt beeinflusst werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, dass das Verfahren die Schritte des

a) gezielten Begasens oder Entgasens einer Washcoatsuspension, bis die Washcoatsuspension eine gewünschte Menge an Gas enthält;
b) Auftragens der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf einen Katalysatorträger;
c) Trocknens der auf den Katalysatorträger aufgetragenen Washcoatsuspension,

Überraschenderweise wurde aufgefunden, dass sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Katalysatorträger mit einer Washcoatbeschichtung hergestellt werden können, wobei in Abhängigkeit vom Gehalt der Washcoatsuspension an Gas die Oberflächenstruktur der Beschichtung verhältnismäßig gezielt beeinflussbar ist. Dabei ist die Oberflächenstruktur der Beschichtung umso zerklüfteter, je höher der Gehalt der eingesetzten Washcoatsuspension an Gas ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, dass mittels der gezielten Begasung bzw. Entgasung der Washcoatsuspension bis zu einem gewünschten Gehalt an Gas u. a die Parameter Dichte, Viskosität sowie Feststoffgehalt (bezogen auf das Volumen der begasten oder entgasten Washcoatsuspension) annähernd gezielt eingestellt werden können. Dadurch können beispielsweise die rheologischen Eigenschaften der Suspension oder die Beladung des Katalysatorträgers mit Masse an Beschichtungsmaterial gezielt beeinflusst werden. Durch die gezielte Beeinflussung des Feststoffgehaltes der Suspension mittels des Gasgehalts kann darüber hinaus die Gefahr eines Verstopfens von Poren oder Kanälen des Katalysatorträgers vermindert werden.
Darüber hinaus lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens verhältnismäßig homogene Beschichtungen erzielen, auch beim Einsatz von verhältnismäßig stark strukturierten Katalysatorträgern, wie beispielsweise Wabenkörpern, die aus Welllagen und Glattlagen gebildet sind.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Washcoatsuspension grundsätzlich auf beliebige mögliche Gasgehalte begast bzw. entgast werden, je nachdem, ob eine verhältnismäßig ebene oder raue Oberflächenstruktur der Washcoatbeschichtung erwünscht ist. Ist beispielsweise eine möglichst glatte Oberflächenstruktur erwünscht, so sollte die Washcoatsuspension soweit wie möglich entgast werden, vorzugsweise vollständig. Ist hingegen eine möglichst raue zerklüftete Oberflächenstruktur erwünscht, so sollte der Gasgehalt der Washcoatsuspension möglichst hoch sein.
Es konnte festgestellt werden, dass eine signifikant raue Oberflächenstruktur der Beschichtung erhalten werden kann, wenn die Washcoatsuspension auf ein Washcoatsuspension/Gas-Volumenverhältnis von zumindest 20:1 entgast bzw. begast wird. Dabei ist die Frage, ob die Washcoatsuspension zu entgasen bzw. zu begasen ist davon abhängig, welchen Gasgehalt die Washcoatsuspension vor der gezielten Begasung bzw. Entgasung aufweist. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass sich die Rauhigkeit der Oberflächenstruktur einer Washcoatbeschichtung mittels Gaseintrag über ein Washcoatsuspension/Gas-Volumenverhältnis von 1:20 nicht weiter signifikant steigerbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher vorgesehen, dass die Washcoatsuspension auf ein Washcoatsuspension/Gas-Volumenverhältnis von 20:1 bis 1:20 begast oder entgast wird, vorzugsweise auf ein Verhältnis von 20:2 bis 2:20, bevorzugt auf ein Verhältnis von 20:3 bis 3:20, weiter bevorzugt auf ein Verhältnis von 20:4 bis 4:20, mehr bevorzugt auf ein Verhältnis von 20:5 bis 5:20 und am meisten bevorzugt auf ein Verhältnis von 20:6 bis 6:20.
Washcoatsuspensionen sind im Stand der Technik bekannt. Sie enthalten in der Regel Wasser als Suspensionsmittel und anorganische hochoberflächige poröse feinteilige Partikel als Beschichtungsmasse. Die Partikel sind beispielsweise aus einem Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Seltenerdoxid, beispielsweise Ceroxid, Titanoxid, Zeolithmaterial, Nickeloxid, Eisenoxid, Erdalkalimetalloxid, Molybdänoxid, Wolframoxid oder Silizid wie Molybdänsilizid gebildet.
In besonderen Ausführungsformen beispielsweise, wenn auf den Katalysatorträger die Washcoatbeschichtung sowie eine katalytisch aktive Komponente oder ein Vorläufer davon in einem Verfahrensschritt aufgetragen werden soll, enthält die Washcoatsuspension neben dem partikulären Material ferner die katalytisch aktive Komponente bzw. einen entsprechenden Vorläufer davon. Beispiele für katalytisch aktive Komponenten sind beispielsweise Metalle in metallischer partikulärer Form, vorzugsweise Nebengruppenmetalle oder Edelmetalle. Als Vorläufer davon können die entsprechenden Metalloxide oder Metallnitrate, -acetate, -oxalate, -tartrate, -formiate, -carbonate oder -hydroxide in der Suspension vorliegen. Im letzteren Fall erfolgt dann üblicherweise die Überführung der Metallverbindung in die katalytisch aktive Spezies durch thermische Zersetzung oder durch Reduktion der Metallverbindung mittels Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder mittels nasschemischer Methoden.
Zur Erzielung besonderer Washcoatbeschichtungs-Eigenschaften oder bei Verwendung bestimmter Beschichtungsmaterialien oder Katalysatoren oder Katalysatorvorläufer sind aber auch in gleicher Weise andere Flüssigkeiten als Suspensionsmittel einsetzbar oder können Zusatzstoffe wie Porenbildner oder Viskositätsregler der Suspension zugegeben sein. Als Suspensionsmittel bevorzugt können auch organische Lösungsmittel wie Alkohole oder Mischungen davon mit Wasser sein. Als Porenbildner bevorzugt sind beispielsweise abbrennbare Polymere und geeignete Viskositätsregler sind beispielsweise Säuren, Laugen sowie Zusätze von organischen Lösungsmitteln.
Gegebenenfalls enthalten Washcoatsuspensionen auch Dispergierhilfsmittel, um die Washcoatsuspension, d. h. die weitgehend homogene Verteilung der anorganischen Partikel, über einen gewissen Zeitraum hinweg zu stabilisieren.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die Washcoatsuspension ein Schaumhilfsmittel enthält. Dadurch kann u. a. gewährleistet werden, dass die Washcoatsuspension in verhältnismäßig kurzer Zeit auf einen gewünschten Gasgehalt begast werden kann. Beispiele für Schaumhilfsmittel sind beispielsweise grenzflächenaktive Substanzen wie beispielsweise Tenside, silikatische Nanopartikel (Kieselerde).
Es wurde aufgefunden, dass wenn eine Washcoatsuspension auf einen bestimmten Gasgehalt eingestellt wird, diese leicht zur so genannten Selbstentgasung neigt aufgrund einer verhältnismäßig geringen Stabilität des Washcoatsuspension/Gas-Gemisches. Ursächlich hierfür ist vermutlich die verhältnismäßig raue Oberfläche der anorganischen hochoberflächigen Partikel, die als Keim für den Zusammenschluss von kleinen zu großen Gasblasen dienen kann, wobei letztere aufgrund des Auftriebs verhältnismäßig leicht aus der Suspension entweichen können. Der Selbstentgasung kann beispielsweise entgegengewirkt werden, indem die auf einen gewünschten Gasgehalt eingestellte Suspension vor ihrem Einsatz bei einem entsprechenden Druck aufbewahrt wird. Verfahrenstechnisch einfach und damit kostengünstiger ist es jedoch, wenn die Washcoatsuspension einen Stabilisator enthält zur Stabilisierung des Washcoatsuspension/Gas-Gemisches. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält daher die Washcoatsuspension einen Stabilisator zur Stabilisierung des Washcoatsuspension/Gas-Gemisches. Als Beispiele für Stabilisatoren seien Verbindungen wie E999 (Quillaja-Extrakt) und E432 (Polysorbat 20) genannt.
Es wurde beobachtet, dass sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gasgehalt der Washcoatsuspension umso stärker auf die Oberflächenstruktur der Washcoatbeschichtung auswirkt, je höher der Anteil der Washcoatsuspension an Beschichtungsmaterial ist. Dabei ist bei gleichem Gasgehalt von Washcoatsuspensionen die Oberflächenstruktur umso rauer und zerklüfteter, je höher der Gehalt der Suspension an Beschichtungsmaterial ist. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es daher vorgesehen sein, dass der Anteil der Washcoatsuspension an Beschichtungspartikeln zumindest 40 Mass.-% beträgt, vorzugsweise zumindest 45 Mass.-%, bevorzugt zumindest 50 Mass.-%, mehr bevorzugt zumindest 55 Mass.-% und am meisten bevorzugt 60 bis 75 Mass.-%.
Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, wenn die Washcoatsuspension eine Verbindung einer katalytisch aktiven Komponente enthält oder eines Vorläufers davon, beispielsweise ein katalytisch aktives Metall oder eine Vorläuferverbindung davon.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es grundsätzlich nicht von Bedeutung, wie und auf welche Weise die Washcoatsuspension bis auf den gewünschten Gehalt an Gas begast wird. Beispielsweise kann die Begasung dadurch erfolgen, dass oberhalb der Suspension eine entsprechende Gasatmosphäre mit entsprechend hohem Druck angeordnet ist, wobei in diesem Fall das Gas verhältnismäßig langsam in die Suspension eindiffundiert. Um die Suspension möglichst schnell und auf verfahrenstechnisch einfache und damit kostengünstige Weise auf einen gewünschten Gasgehalt anzureichern, ist daher gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Begasen der Washcoatsuspension mittels Durchleiten von Gas durch die Suspension erfolgt.
Ebenso wie beim Begasen ist es auch bezüglich des Entgasens im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich nicht von Bedeutung, wie und auf welche Weise die Washcoatsuspension bis auf den gewünschten Gehalt an Gas entgast wird. Beispielsweise kann der Gasgehalt der Suspension mittels so genannter Entschäumer eingestellt werden, welche Gasblasen der Suspension destabilisieren und so zu einer Entgasung der Suspension führen. Um die Suspension aber möglichst schnell und auf verfahrenstechnisch einfache und damit kostengünstige Weise auf einen gewünschten Gasgehalt zu entgasen, ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Entgasen der Washcoatsuspension mittels eines Vakuums erfolgt.
Ob die Washcoatsuspension den gewünschten Gehalt an Gas aufweist, kann beispielsweise über eine Messung der Dichte oder der Viskosität der Suspension ermittelt werden.
Darüber hinaus konnte beobachtet werden, dass beispielsweise Luft dazu neigt, in Washcoatsuspensionen verhältnismäßig große Blasen auszubilden, während Stickstoffgas dazu tendiert, verhältnismäßig kleine Blasen auszubilden. Somit kann auch über die Natur des in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Gases die Oberflächenstruktur der auszubildenden Washcoatbeschichtung gezielt beeinflusst werden. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher bevorzugt, wenn das Begasen der Washcoatsuspension mit einem Gas erfolgt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Edelgasen, Luft, Sauerstoff und Stickstoff.
Im Allgemeinen kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die auf einen gewünschten Gasgehalt begaste oder entgaste Washcoatsuspension mittels beliebiger Methoden und Techniken auf den Katalysatorträger aufgetragen werden, beispielsweise durch Sprühen, Vernebeln, Tauchen etc. In der Regel jedoch ist im Hinblick auf die Oberflächenstrukturierung der Beschichtung darauf zu achten, dass die frisch aufgetragene Washcoatsuspension noch annähernd den gewünschten Gehalt an Gas aufweist.
Enthält die Washcoatsuspension beispielsweise einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Gas, so ist ein Auftrag auf den Katalysatorträger mittels Sprühen oder Vernebeln der Suspension in der Regel nicht in vorteilhafter Weise durchführbar, da beim Versprühen bzw. Vernebeln die Suspension vor dem Auftrag auf den Katalysatorträger entgast und so die vorteilhafte Wirkung der gezielten Oberflächenstrukturierung der Beschichtung unterbleibt. Insbesondere bei mittleren und hohen Gasgehalten der Suspension ist es daher vorgesehen, dass das Auftragen der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf den Katalysatorträger mittels tauchen des Katalysatorträgers in die Suspension erfolgt. Mittels Tauchen kann ein sicherer Auftrag der Washcoatsuspension mit gewünschtem Gasgehalt gewährleistet werden. Beim Tauchen wird der Katalysatorträger einfach in die Washcoatsuspension eingetaucht.
Alternativ zum Auftrag mittels Tauchen des Katalysatorträgers kann es entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, wenn das Auftragen der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf den Katalysatorträger erfolgt, indem man die Washcoatsuspension den Katalysatorträger durchfließen lässt. Dabei wird beispielsweise die Washcoatsuspension auf einer Seite des Katalysatorträgers aufgetragen, von wo aus sie vorzugsweise unter Wirkung der Schwerkraft den Katalysatorträger durchfließt.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, wenn die auf den Katalysatorträger aufgetragene Washcoatsuspension vor dem Trocknen einem Vakuum ausgesetzt wird. Dadurch wird die aufgetragene Washcoatsuspension verhältnismäßig schnell entgast, wobei die schnelle Entgasung zu einen starken Strukturierung der Oberflächenstruktur der Washcoatbeschichtung führt. Darüber hinaus kann durch Anlegen eines Vakuums überschüssige Suspension von dem Träger entfernt werden.
Bevorzugt ist es, wenn der Druck des Vakuums 200 bis 1000 mbar beträgt, vorzugsweise 400 bis 900 mbar.
Unter dem Begriff Katalysatorträger werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Formkörper verstanden, vorzugsweise sowohl so genannte Wallflowfilter als auch offenporige Schaumstrukturen, z. B. Metallschäume, sowie jegliche Form von monolithischen Trägerstrukturen, wie beispielsweise Wabenkörper, die beispielsweise parallel zueinander ausgerichtete Kanäle aufweisen, die untereinander leitungsverbunden sein oder bestimmte Einbauten zur Gasverwirbelung enthalten können.
In das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einzusetzende Wabenkörper können aus einem beliebigen Metall oder einer Metalllegierung gebildet und zum Beispiel durch Extrusion oder Aufwickeln oder Stapeln oder Falten von Metallfolien hergestellt sein. Bekannt für den Bereich der Abgasreinigung sind temperaturbeständige Legierungen mit den Hauptbestandteilen Eisen, Chrom und Aluminium. Bevorzugt für das erfindungsgemäße Verfahren sind frei durchströmbare monolithische Katalysatorträger, mit oder ohne innere Anströmkanten zur Abgasverwirbelung, oder Metallschäume. Jedoch lassen sich auch Katalysatorträger mit Schlitzen, Lochungen, Perforationen und Prägungen in der Metallfolie mit sehr gutem Erfolg beschichten.
In gleicher Weise können Katalysatorträger aus keramischem Material Verwendung finden. Häufig wird es sich bei dem keramischen Material um ein inertes niedrigoberflächiges Material wie Cordierit, Mullit, alpha-Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid handeln. Jedoch kann der eingesetzte Katalysatorträger auch aus hochoberflächigem Trägermaterial wie gamma-Aluminiumoxid bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Katalysatorträger ein Wabenkörper.
Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Strömungskanäle des Katalysatorträgers 200 Mikrometer bis 1,2 mm. Katalysatorträger mit entsprechenden Strömungskanälen werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Beschichtungssuspension besonders gut durchdrungen, wodurch eine weitgehend gleichmäßige Beschichtung des Katalysatorträgers gewährleistet werden kann.
Um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtete Katalysatorträger zu erhalten, deren Washcoatbeschichtung eine Verhältnismäßig ebene und glatte Oberflächenstruktur aufweist, kann es gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, wenn die Washcoatsuspension vollständig entgast wird.
Die nachstehenden Ausführungsbeispiele dienen im Zusammenhang mit der Zeichnung und deren Beschreibung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1: REM-Aufnahme einer Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, hergestellt gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: REM-Aufnahme einer Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, hergestellt gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3: REM-Aufnahme einer Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, hergestellt gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4: REM-Aufnahme einer Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, hergestellt gemäß einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5: REM-Aufnahme einer Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, hergestellt gemäß einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur Herstellung einer Washcoatsuspension wurden zunächst 4,9 kg Titandioxid (Anatas-Modifikation) portionsweise in 4,845 kg destilliertes Wasser eingerührt. Anschließend wurde diese Suspension unter Rühren mit 0,255 kg Tensid (Arlypon IT 16) versetzt.

Von der wie vorstehend beschrieben angesetzten Washcoatsuspension wurden 5 Proben 1 bis 5 à 500 ml Washcoatsuspension entnommen und auf einen in der Tabelle 1 dargestellten Luftgehalt eingestellt. Dabei wurde die Probe 1 mittels Anlegen eines Vakuums vollständig entgast, während die Proben 2 bis 5 über eine Fritte von Druckluft durchströmt wurden. Dabei ließ sich der gewünschte Luftgehalt über die Dauer der Luftdurchströmung einstellen. Der Luftgehalt wurde mittels einer Dichtebestimmung im Vergleich zu einer entsprechenden, vollständig entgasten Washcoatsuspension bestimmt. Tabelle 1

	Dichte [g/ml]	Feststoffgehalt [Vol.-%]	Suspensionsmittelgehalt [Vol.-%]	Luftgehalt [Vol.-%]
Probe 1	1,5	49,0	51,0	-
Probe 2	1,3	42,5	44,2	13,3
Probe 3	1,1	35,9	37,4	26,7
Probe 4	0,9	29,4	30,6	40,0
Probe 5	0,5	16,3	17,0	66,7

Die auf den gewünschten Luftgehalt eingestellten Washcoatsuspensionen (Proben 1 bis 5) wurden jeweils auf einen 2,5 cm breiten Blechstreifen aufgetragen, indem der Blechstreifen in die jeweilige Probe eingetaucht wurde. Anschließend wurden die mit der jeweiligen Washcoatsuspension beschichteten Blechstreifen bei einer Temperatur von 95°C für einen Zeitraum von fünf Stunden getrocknet und dann bei einer Temperatur von 520°C für einen Zeitraum von sechs Stunden kalziniert.
Die Oberflächen der resultierenden Washcoatbeschichtungen wurden mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM; einem LEO 1530 Gerät mit Sekundärelektronendetektor (SE2) bei einer Beschleunigungsspannung (EHT) von 1,5 kV; 10.000-fache Vergrößerung) aufgenommen.
Die 1 zeigt eine REM-Aufnahme (working distance: 5 mm) der Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, die mittels der in der Tabelle 1 als Probe 1 gekennzeichneten Washcoatsuspension wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die Oberfläche der Washcoatbeschichtung weist eine verhältnismäßig geringe Rauhigkeit auf und ist durch verhältnismäßig kleine Makroporen gekennzeichnet, die lediglich in geringer Anzahl vorliegen.
Die 2 zeigt eine REM-Aufnahme (working distance: 5 mm) der Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, die mittels der in der Tabelle 1 als Probe 2 gekennzeichneten Washcoatsuspension wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die Oberfläche der Washcoatbeschichtung weist eine verhältnismäßig hohe Rauhigkeit sowie Zerklüftung auf, wobei die Makroporen verhältnismäßig klein sind.
Die 3 zeigt eine REM-Aufnahme (working distance: 7 mm) der Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, die mittels der in der Tabelle 1 als Probe 3 gekennzeichneten Washcoatsuspension wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die Oberfläche der Washcoatbeschichtung zeigt eine deutliche ausgeprägte Rauhigkeit sowie mittelgroße Makroporen mit meist kreisförmiger Geometrie. Die Oberfläche zeigt die Morphologie einer Schaumstruktur.
Die 4 zeigt eine REM-Aufnahme (working distance: 6 mm) der Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, die mittels der in der Tabelle 1 als Probe 4 gekennzeichneten Washcoatsuspension wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die Oberfläche der Washcoatbeschichtung ist durch eine sehr hohe Rauhigkeit gekennzeichnet und weist eine verhältnismäßig große Anzahl von mittelgroßen Makroporen mit kreisförmiger Geometrie auf. Darüber hinaus sind eine verhältnismäßig große Anzahl an kleinen Makroporen erkennbar. Die Oberfläche zeigt die Morphologie einer Schaumstruktur.
Die 5 zeigt eine REM-Aufnahme (working distance: 4 mm) der Oberfläche einer Washcoatbeschichtung, die mittels der in der Tabelle 1 als Probe 5 gekennzeichneten Washcoatsuspension wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die Oberfläche der Washcoatbeschichtung ist durch eine sehr hohe Rauhigkeit gekennzeichnet und weist eine Vielzahl von verhältnismäßig großen Makroporen auf, die in mittelgroße Makroporen übergehen. Darüber hinaus sind auch kleinere Makroporen erkennbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4040150 C2 [0006]
- EP 0980710 B1 [0007]
- EP 0941763 B1 [0008]
- DE 19547598 C1 [0009]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Katalysatorträgers, insbesondere eines Katalysatorträgers für den Einsatz in der Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren, umfassend die Schritte des a) gezielten Begasens oder Entgasens einer Washcoatsuspension, bis die Washcoatsuspension eine gewünschte Menge an Gas enthält; b) Auftragens der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf einen Katalysatorträger; c) Trocknens der auf den Katalysatorträger aufgetragenen Washcoatsuspension.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatsuspension auf ein Washcoatsuspension/Gas-Volumenverhältnis von 20:1 bis 1:20 begast oder entgast wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatsuspension ein Schaumhilfsmittel enthält.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatsuspension einen Stabilisator enthält zur Stabilisierung des Washcoatsuspension/Gas-Gemisches.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Washcoatsuspension an Beschichtungspartikeln zumindest 30 Mass.-% beträgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatsuspension eine Verbindung eines katalytisch aktiven Metalls enthält.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begasen der Washcoatsuspension mittels Durchleiten von Gas durch die Suspension erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgasen der Washcoatsuspension mittels eines Vakuums erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begasen der Washcoatsuspension mit einem Gas erfolgt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Edelgasen, Luft, Sauerstoff und Stickstoff.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf den Katalysatorträger mittels tauchen des Katalysatorträgers in die Suspension erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der begasten oder entgasten Washcoatsuspension auf den Katalysatorträger erfolgt, indem man die Washcoatsuspension den Katalysatorträger durchfließen lässt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Katalysatorträger aufgetragene Washcoatsuspension vor dem Trocknen einem Vakuum ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Vakuums 200 bis 1000 mbar beträgt, vorzugsweise 400 bis 900 mbar.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger ein Wabenkörper ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper Strömungskanäle mit einem Durchmesser von 200 Mikrometer bis 1,2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoatsuspension vollständig entgast wird.