CN101942286B - 一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。其技术方案是：在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成30～60wt％的酚醛树脂无水乙醇溶液；再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的1～15wt％，在30～50℃条件下搅拌3～6个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；然后将该混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂。本发明工艺简单，生产成本低，利于工业化生产。改性后的白炭黑呈球形，能在酚醛树脂基体中均匀良好地分散，分散效果好；所制备的复合结合剂残碳率高、中温区域抗氧化性强；用该复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高的抗折耐压强度、较低的体积密度、较高的抗水化性。

Description

一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料用复合结合剂技术领域，具体涉及一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。
背景技术
酚醛树脂是一种最早发现并获得广泛应用的合成树脂，并且以其诸多的性能而具有广泛的应用领域并于1975年开始作为耐火不烧制品的结合剂。目前含碳耐火材料仍广泛采用酚醛树脂作为结合剂。该树脂与焦油沥青结合剂相比，具有热硬性、干燥强度大、残碳率较高、环境污染小等优点；但其热分解温度低，炭化后的残炭率较低，中温区域抗氧化能力较差。
提高酚醛树脂耐热性的方法很多，主要有纳米改性、有机物改性、无机物改性和复合改性等，研究的主要趋势是通过纳米材料改性来提高酚醛树脂的耐热性，其中纳米二氧化硅是最常用的改性酚醛树脂的纳米材料。目前很多研究者通过采用纳米二氧化硅或有机硅对酚醛树脂改性来提高酚醛树脂结合剂的性能，如“改性酚醛树脂及其制备方法”(CN200810064950)专利技术，由酚醛树脂与多面体低聚倍半硅氧烷制成，这种方法提高了残炭率和抗氧化性，但是由有机硅作为前驱体水解缩聚生成纳米二氧化硅来改性酚醛树脂过程中，生成的纳米二氧化硅是呈网状分布于酚醛树脂基体中，使纳米二氧化硅在酚醛树脂中的分散性提高有限；“一种纳米二氧化硅/硼改性酚醛树脂纳米复合材料的原位制备方法”(CN200610024676)专利技术，是采用原位聚合法和超声波辅助分散法相结合的方法制备纳米二氧化硅/硼改性酚醛树脂纳米复合材料，制备出的材料热化学稳定性和刚性都有提高，但是工艺相对复杂，成本较高，不利于实现工业化生产。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产成本低，利于工业化生产的滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法；该方法制备的复合结合剂残碳率高、中温区域抗氧化性强；用该复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高的抗折耐压强度、较低的体积密度、较高的抗水化性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成30～60wt％的酚醛树脂无水乙醇溶液；再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的1～15wt％，在30～50℃条件下搅拌3～6个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；然后将白炭黑改性酚醛树脂混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂。
其中：改性后的白炭黑的制备方法是，先将白炭黑在200～400℃条件下活化2～10小时，加入无水乙醇，配置成2～6wt％的白炭黑溶胶；再在40～60℃条件下滴加改性剂到白炭黑溶胶中，搅拌反应15～60分钟，超声振荡5～30分钟，得到改性后的白炭黑；白炭黑为气相法生成的白炭黑；白炭黑的粒度为7～40nm，比表面积为150～400m2/g；改性剂为司盘80、司盘60、司盘20、吐温80、吐温60、吐温20中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明采用的改性后白炭黑能均匀并良好地分散于酚醛树脂基体中，从而可提高酚醛树脂的残炭率和抗氧化性，使酚醛树脂结合剂的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在酚醛树脂基体中均匀良好地分散，分散效果好；且白炭黑的价格比其他纳米二氧化硅低，降低了生产成本，利于工业化生产。
本发明所制备的复合结合剂用于滑板耐火材料，能间接地将改性后的白炭黑这种纳米二氧化硅材料均匀地分散于滑板耐火材料中，这种纳米增强相的均匀引入不仅使滑板材料的抗氧化性提高，且可提高其它物理性能，使用该滑板耐火材料复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高抗折耐压强度(100～185MPa)、较低的体积密度(3.10～3.14g/cm3)、较高的水化性能(水化后增重率为0.18～0.30％，水化后强度保持率为90.50～96.54％)。
因此，与其他采用纳米二氧化硅改性酚醛树脂的方法相比，本发明的滑板用耐火材料复合结合剂，合成工艺简单，降低了生产成本，利于工业化生产。所制备的复合结合剂残碳率高、中温区域抗氧化性强；用该复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高的抗折耐压强度、较低的体积密度、较高的抗水化性。
附图说明
图1是本发明制备的一种复合结合剂的高分辨透射电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成30～40wt％的酚醛树脂无水乙醇溶液；再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的1～5wt％，在30～40℃条件下搅拌3～4个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；然后将白炭黑改性酚醛树脂混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂。
本实施例的改性后的白炭黑制备方法是：白炭黑为气相法生成的白炭黑，白炭黑的粒度为7～40nm，比表面积为150～400m2/g。先将该白炭黑在200～250℃条件下活化2～4小时，加入无水乙醇，配置成2～3wt％的白炭黑溶胶；再在40～45℃条件下滴加改性剂到白炭黑溶胶中，搅拌反应15～25分钟，超声振荡5～10分钟，得到改性后的白炭黑。
其中：改性剂为司盘60。
用本实施例所得的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为140～165MPa、体积密度为3.11～3.13g/cm3、水化后增重率为0.19～0.28％、水化后强度保持率为91.56～94.37％。
实施例2
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。除改性剂为吐温60外，滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法同实施例1。
用本实施例所得的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为100～145MPa、体积密度为3.13～3.14g/cm3、水化后增重率为0.21～0.29％、水化后强度保持率为90.65～93.43％。
实施例3
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成40～50wt％的酚醛树脂无水乙醇溶液；再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的5～10wt％，在40～50℃条件下搅拌4～5个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；然后将白炭黑改性酚醛树脂混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂。
本实施例的改性后的白炭黑制备方法是：白炭黑为气相法生成的白炭黑，白炭黑的粒度为7～40nm，比表面积为150～400m2/g。先将该白炭黑在250～300℃条件下活化4～6小时，加入无水乙醇，配置成3～4wt％的白炭黑溶胶；再在45～50℃条件下滴加改性剂到白炭黑溶胶中，搅拌反应25～40分钟，超声振荡10～20分钟，得到改性后的白炭黑。
其中：改性剂为司盘80。
用本实施例所得的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为160～185MPa、体积密度为3.10～3.12g/cm3、水化后增重率为0.18～0.25％、水化后强度保持率为92.38～96.54％。
实施例4
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。除改性剂为吐温80外，滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法同实施例1。
用本实施例所述的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为150～165MPa、体积密度为3.12～3.13g/cm3、水化后增重率为0.20～0.26％、水化后强度保持率为91.70～93.25％。
实施例5
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成50～60wt％的酚醛树脂无水乙醇溶液；再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的10～15wt％，在50～60℃条件下搅拌5～6个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；然后将白炭黑改性酚醛树脂混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂。
本实施例的改性后的白炭黑制备方法是：白炭黑为气相法生成的白炭黑，白炭黑的粒度为7～40nm，比表面积为150～400m2/g。先将该白炭黑在300～400℃条件下活化6～10小时，加入无水乙醇，配置成4～6wt％的白炭黑溶胶；再在50～60℃条件下滴加改性剂到白炭黑溶胶中，搅拌反应40～60分钟，超声振荡20～30分钟，得到改性后的白炭黑。
其中：改性剂为司盘20。
用本实施例所得的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为130～145MPa、体积密度为3.12～3.14g/cm3、水化后增重率为0.22～0.27％、水化后强度保持率为90.54～92.87％。
实施例6
一种滑板耐火材料用复合结合剂及其制备方法。除改性剂为吐温20外，滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法同实施例1。
用本实施例所得的复合结合剂制备的滑板耐火材料性能是：抗折耐压强度为100～120MPa、体积密度为3.13～3.14g/cm3、水化后增重率为0.24～0.30％、水化后强度保持率为90.50～92.96％。
本具体实施方式采用的改性后白炭黑能均匀并良好地分散于酚醛树脂基体中，从而可提高酚醛树脂的残炭率和抗氧化性，使酚醛树脂结合剂的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在酚醛树脂基体中均匀良好地分散，分散效果好。如图1所示的实施例2中制备的一种复合结合剂的高分辨透射电镜照片，可以看出，白炭黑呈球形，均匀分散与酚醛树脂基体上。另外，白炭黑的价格比其他纳米二氧化硅低，降低了生产成本，利于工业化生产。
本发明所制备的复合结合剂用于滑板耐火材料，能间接地将改性后的白炭黑这种纳米二氧化硅材料均匀地分散于滑板耐火材料中，这种纳米增强相的均匀引入不仅使滑板材料的抗氧化性提高，且可提高其它物理性能，使用该滑板耐火材料复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高的抗折耐压强度(100～185MPa)、较低的体积密度(3.10～3.14g/cm3)、较高的水化性能(水化后增重率为0.18～0.30％，水化后强度保持率为90.50～96.54％)。
因此，与其他采用纳米二氧化硅改性酚醛树脂的方法相比，本发明的滑板用耐火材料复合结合剂，合成工艺简单，降低了生产成本，利于工业化生产。所制备的复合结合剂残碳率高、中温区域抗氧化性强；用该复合结合剂制备的滑板耐火材料具有较高的抗折耐压强度、较低的体积密度、较高的抗水化性。

Claims (2)

1.一种滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法，其特征在于在酚醛树脂中加入无水乙醇，配置成30~60wt%的酚醛树脂无水乙醇溶液；
再将改性后的白炭黑加入到酚醛树脂无水乙醇溶液中，改性后的白炭黑的加入量为酚醛树脂的1～15 wt%，在30～50℃条件下搅拌3～6个小时，制得白炭黑改性酚醛树脂混合液；
然后将白炭黑改性酚醛树脂混合液减压蒸馏除去乙醇，得到滑板耐火材料用复合结合剂；
    所述的改性后的白炭黑的制备方法是，先将白炭黑在200~400℃条件下活化2~10小时，加入无水乙醇，配置成2~6wt%的白炭黑溶胶；再在40~60℃条件下滴加改性剂到白炭黑溶胶中，搅拌反应15~60分钟，超声振荡5~30分钟，得到改性后的白炭黑；
所述的白炭黑为气相法生成的白炭黑；白炭黑的粒度为7~40nm，比表面积为150~400m2/g；
    所述的改性剂为司盘80、司盘60、司盘20、吐温80、吐温60、吐温20中的一种。
2.根据权利要求1所述的滑板耐火材料用复合结合剂的制备方法所制备的滑板耐火材料用复合结合剂。
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