CN101298384B

CN101298384B - 一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN101298384B
Application number: CN2008100481928A
Authority: CN
Inventors: 王玺堂; 刘浩; 张保国; 王周福
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: CN101298384A

Abstract

本发明涉及一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。其技术方案是：将18～25wt％的滑石粉或28～33wt％的白云石、15～40wt％的硅灰石、30～50wt％的石英砂、0.5～3wt％的工业级氯化钙、0.5～3wt％的萤石、0.2～2wt％的稀土金属氧化物和0～3wt％的锆英石砂细磨，外加0.5～3wt％的羧甲基纤维素或木质素磺酸钙为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎；然后将破碎料置于电阻炉或电弧炉中升温至1500～1900℃，熔融后或直接甩丝或在0.3～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。本发明选取天然矿物为原料，成本低廉、工艺简单；所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维机械强度高、表面光滑、纤维化学组成均匀、能够长期在1000～1200℃甚至更高温度下使用、对人体的有害性大大降低。

Description

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。具体涉及一种采用天然矿物原料所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。

背景技术

目前主要使用的传统的耐火陶瓷纤维多为硅酸铝系陶瓷纤维，含有相对较高的Al₂O₃和较低的SiO₂，为偏碱性。传统的耐火陶瓷纤维在生产和使用中产生的大量粉尘吸入人体肺部后，在肺液中不能得到充分降解而在肺部沉积，对人体健康产生危害。按照欧盟规定，传统的耐火陶瓷纤维均属于很可能致癌物，达不到环保的要求。

目前已投入市场或公开的技术资料中，生物可降解性耐火陶瓷纤维多为钙镁硅系纤维，由该系统派生出的另一类生物可降解性耐火陶瓷纤维是硅酸镁系统纤维，该类纤维的使用温度为1260℃或更高，与传统的硅酸铝系纤维相当，与钙镁硅系纤维相比，导热系数偏高。目前的生物可降解性耐火陶瓷纤维仍存在一定的缺陷，如成本价格相对传统陶瓷纤维偏高、使用温度不高、纤维机械强度低，以及高温使用后脆性增大等。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种成本较低、工艺简单的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法；用该方法所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维机械强度高、表面光滑、纤维化学组成均匀、能够长期在高温下使用、对人体的有害性可大大降低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将18～25wt％的滑石粉或28～33wt％的白云石、15～40wt％的硅灰石、30～50wt％的石英砂、0.5～3wt％的工业级氯化钙、0.5～3wt％的萤石、0.2～2wt％的稀土金属氧化物和0～3wt％的锆英石砂细磨，外加0.5～3wt％的羧甲基纤维素或木质素磺酸钙为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电阻炉或电弧炉中升温至1500～1900℃，熔融后或直接甩丝或在0.3～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。

其中：稀土金属氧化物为La₂O₃、Y₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂中的一种、二种或多种混合物；细磨为磨后粒度＜0.088mm的颗粒占90％以上；干燥是在110～120℃条件下保温12～24小时；破碎为破碎后粒度＜3mm。

由于采用上述技术方案，本发明在工艺中严格控制原料中SiO₂、CaO、MgO的含量，对Al₂O₃、ZrO₂、B₂O₃、TiO₂、Fe₂O₃和Na₂O+K₂O的引入量有一定的限度；在所添加的稀土金属氧化物中，La₂O₃、Y₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂或为单一添加或其混合物，有利于耐火陶瓷纤维的成纤和纤维机械强度的提高，且能使纤维的长期使用温度为1000～1200℃甚至更高；由于工业级氯化钙和萤石的适量引入，有利于促进纤维原料的熔融，并有利于提高纤维的机械强度和纤维的表面平滑度。所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维，纤维长度大于100mm、渣球含量小于5％。另由于本发明全部选取天然矿物为原料，不仅成本低廉，且工艺简单，有利于技术的推广应用。

本发明所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维，在36.5～37.2℃、pH值为7.35～7.45的模拟人体肺液中的溶解试验表明，其溶解常数达150ng/cm²·h以上，溶解率很高，可快速溶解于人体肺液中，并易于从肺中排出，对人体的有害性大大降低。有望替代传统的陶瓷纤维应用于许多高温工业领域中。

所以，本发明不仅成本低廉，且工艺简单；所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维具有纤维机械强度高、表面光滑、纤维化学组成均匀、能够长期在1000～1200℃甚至更高温度下使用、对人体的有害性大大降低的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将20～25wt％的滑石粉、20～32wt％的硅灰石、35～50wt％的石英砂、1～2.1wt％的工业级氯化钙、1～2wt％的萤石、0.2～1wt％的La₂O₃、0.5～1wt％的CeO₂和0.9～2wt％的锆英石砂细磨，外加0.5～1.5wt％的羧甲基纤维素为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电阻炉中升温至1700～1900℃，熔融后在0.3～0.5MPa的条件下经喷吹成纤。

在本实施例中：细磨为磨后粒度＜0.088mm的颗粒占90％以上；干燥是在110～120℃条件下保温12～24小时；破碎为破碎后粒度＜3mm。

本实施例1所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1300℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于180ng/cm²·h。

实施例2.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将20～25wt％的滑石粉、35～40wt％的硅灰石、30～35wt％的石英砂、0.5～1wt％的工业级氯化钙、1～2wt％的萤石、0.2～1.5wt％的Nd₂O₃和2～3wt％的锆英石砂细磨，外加1.5～3wt％的羧甲基纤维素为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电阻炉中升温至1500～1700℃，熔融后在0.5～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。其它同实施例1。

本实施例2所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1200℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于170ng/cm²·h。

实施例3.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将28～31wt％的白云石、15～20wt％的硅灰石、45～50wt％的石英砂、2～3wt％的工业级氯化钙、0.5～1wt％的萤石、0.2～0.7wt％的La₂O₃、0.2～0.7wt％的Y₂O₃、0.2～0.6wt％的CeO₂和2～3wt％的锆英石砂细磨，外加0.5～1.5wt％的木质素磺酸钙为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电弧炉中升温至1550～1750℃，熔融后直接甩丝。其它同实施例1。

本实施例3所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1300℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于165ng/cm²·h。

实施例4.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将30～33wt％的白云石、15～20wt％的硅灰石、40～45wt％的石英砂、0.5～1wt％的工业级氯化钙、2～3wt％的萤石、0.2～1wt％的CeO₂，0.2～1wt％的Nd₂O₃和0.5～1.5wt％的锆英石砂细磨，外加1.5～3wt％的木质素磺酸钙为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电弧炉中升温至1500～1650℃，熔融后直接甩丝。其它同实施例1。

本实施例4所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1200℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于200ng/cm²·h。

实施例5.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将18～23wt％的滑石粉、30～35wt％的硅灰石、40～45wt％的石英砂、0.5～1wt％的工业级氯化钙、1～2wt％的萤石、0.2～0.8wt％的Y₂O₃和0.5～1.2wt％的CeO₂细磨，外加1～2wt％的羧甲基纤维素为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电阻炉或电弧炉中升温至1700～1900℃，熔融后在0.4～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。其它同实施例1。

本实施例5所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1300℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于170ng/cm²·h。

实施例6.

一种生物可降解性耐火陶瓷纤维及其制备方法。将28～31wt％的白云石、15～20wt％的硅灰石、43～50wt％的石英砂、0.5～1wt％的工业级氯化钙、0.5～1wt％的萤石、0.2～1.2wt％的Nd₂O₃和2～3wt％的锆英石砂细磨，外加2～3wt％的木质素磺酸钙为结合剂；再将上述混合料压制成坯、干燥和破碎，然后将破碎料置于电弧炉中升温至1650～1780℃，熔融后在0.5～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。其它同实施例1。

本实施例6所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维的长期使用温度大于1300℃，在模拟人体肺液中的溶解常数大于170ng/cm²·h。

在本具体实施方式(实施例1～6)中，由于在工艺中严格控制原料中SiO₂、CaO、MgO的含量，对Al₂O₃、ZrO₂、B₂O₃、TiO₂、Fe₂O₃和Na₂O+K₂O的引入量有一定的限度；在所添加的稀土金属氧化物中，La₂O₃、Y₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂或为单一添加或其混合物的添加，有利于耐火陶瓷纤维的成纤和纤维机械强度的提高，且能使纤维的长期使用温度为1200℃以上；由于工业级氯化钙和萤石的适量引入，有利于促进纤维原料的熔融，并有利于提高纤维的机械强度和纤维的表面平滑度。所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维，纤维长度大于120mm、渣球含量小于5％。另由于本发明全部选取天然矿物为原料，不仅成本低廉，且工艺简单，有利于技术的推广应用。

本具体实施方式所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维，在36.5～37.2℃、pH值为7.35～7.45的模拟人体肺液中的溶解试验表明，其溶解常数达160ng/cm²·h以上，溶解率很高，可快速溶解于人体肺液中，并易于从肺中排出，对人体的有害性大大降低。有望替代传统的陶瓷纤维应用于许多高温工业领域中。

所以，本具体实施方式不仅成本低廉，且工艺简单；所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维具有纤维机械强度高、表面光滑、纤维化学组成均匀、能够长期在1000～1200℃甚至更高温度下使用、对人体的有害性大大降低的特点。

Claims

1.一种生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法，其特征在于将18～25wt％的滑石粉或28～33wt％的白云石与15～40wt％的硅灰石、30～50wt％的石英砂、0.5～3wt％的工业级氯化钙、0.5～3wt％的萤石、0.2～2wt％的稀土金属氧化物和0～3wt％的锆英石砂细磨，外加0.5～3wt％的羧甲基纤维素或木质素磺酸钙为结合剂；再将上述原料混合后压制成坯、干燥和破碎，破碎后置于电阻炉或电弧炉中升温至1500～1900℃；熔融后直接甩丝或在0.3～0.7MPa的条件下经喷吹成纤。

2.根据权利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法，其特征在于所述的稀土金属氧化物为La₂O₃、Y₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂中的一种、二种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法，其特征在于所述的细磨为磨后粒度＜0.088mm的颗粒占90％以上。

4.根据权利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法，其特征在于所述的干燥是在110～120℃条件下保温12～24小时。

5.根据权利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法，其特征在于所述的破碎为破碎后粒度＜3mm。

6.根据权利要求1～5项中任一项所述的生物可降解性耐火陶瓷纤维的制备方法所制备的生物可降解性耐火陶瓷纤维。