CN102659427A - 一种轻质耐火原料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隔热材料制备技术领域，涉及一种轻质耐火原料的制备方法，采取发泡法与凝胶注模成型相结合来制备轻质耐火原料，其特征是按照如下步骤实现的：陶瓷粉体、水、单体和交联剂，球磨得到稳定陶瓷浆料；向陶瓷浆料中加入发泡剂，机械搅拌发泡得到泡沫浆料，向泡沫浆料中依次加入引发剂和催化剂，浆料快速固化成型；将固化后得到的块体烘干，升温至1400℃-1800℃烧结得到高强度的轻质陶瓷材料，最后通过机械破碎与筛分得到尺度为0.5-10mm的轻质耐火原料。本发明的特点是可制备出高强、超轻的耐火原料，用作轻质不定形耐火材料不会出现上浮现象，且工艺简单，所用原料廉价，易产业化生产。

Description

一种轻质耐火原料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种轻质耐火原料的制备方法，属于耐火材料技术领域。

背景技术

目前用作轻质不定形耐火材料的轻质耐火原料为硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、氧化铝空心球。硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛙石的使用温度低，均低于1400℃，不能用作高温隔热不定形耐火材料的制备。氧化铝空心球是使用温度高于1600℃的轻质耐火原料，但是在不定形耐火材料施工过程中易出现空心球上浮现象。

多孔陶瓷材料由于具有低的密度、高的强度、高的耐火度、好的抗热震性和低的热导率，适合作为高温隔热耐火材料。多孔陶瓷典型的制备方法包括模板法、有机泡沫浸渍法和发泡法等发泡法可制备出。模板法通过造孔剂的烧蚀或分解留下孔隙，孔隙率通常低于70%，不利于制备低热导率的多孔陶瓷材料。有机泡沫浸渍法利用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，干燥后烧去有机泡沫,从而获得具有有机泡沫一次反型结构的多孔陶瓷材料,制备出的多孔陶瓷材料结构为连通孔结构，不宜用作隔热材料。

发泡法是一种有效的制备闭气孔轻质陶瓷的方法，可制备出气孔率高达95%，孔径为微米级别的多孔陶瓷，适合用于隔热材料的轻质陶瓷材料的制备。发泡工艺的特点是通过气相扩散到陶瓷悬浮体中来获得多孔结构。发泡法可看做是空气做模板的制备方法，不用消耗任何固体、液体和气体的原料来造孔，是十分经济方法。但由于气泡为热力学非稳定状态，在陶瓷浆料中会发生气泡的上浮排出、结合变大和奥斯特瓦尔德熟化等不稳定的现象，故发泡法的关键是实现对气泡的有效控制.将发泡法与凝胶注模成型结合起来，实现浆料的快速固化，可有效固定气泡，得到多孔坯体，但此坯体强度低，在干燥过程中易出现裂纹，同时在烧结过程中，线收缩通常在20%，烧结完成后极易出现开裂现象，用作定型隔热制品的制备十分困难。

发明内容

本发明提出一种轻质耐火原料的制备方法，将发泡法与凝胶注模成型结合起来制备轻质耐火原料，此方法制备的耐火原料具有强度高、密度低等特点，用作轻质不定型耐火材料时，不会出现上浮现象。

本发明是通过下列方式进行实施的，即首先以陶瓷粉体、发泡剂、水、单体和交联剂为起始原料，采用球磨的方式制备出稳定的陶瓷浆料；再加入表面活性剂采用机械搅拌的方式进行发泡得到稳定泡沫浆料；然后加入引发剂和催化剂，泡沫浆料固化；对固化后的坯体进行干燥、烧结，得到轻质块体；最后对轻质块体进行机械破碎、筛分，得到尺度为0.5-10mm的轻质耐火原料。具体实施方法为：

(1)、将陶瓷粉体、占陶瓷粉体总质量10%～70%的水、占陶瓷粉体总质量1%～20%的有机单体和占有机单体质量的5%～20%交联剂倒入球磨罐中，球磨得到陶瓷浆料。

(2)、将步骤（1）得到的陶瓷浆料转移至搅拌桶中，加入占陶瓷粉体总质量1%～10%的发泡剂，搅拌得到泡沫浆料，依次加入占单体质量2%～10%的引发剂和占引发剂质量10%～40%的催化剂，浆料固化。

 (3)、对步骤（2）浆料固化后得到生坯在100℃烘箱中进行快速干燥；干燥后，升温至1400-1800℃，保温1-8小时，得到高强度的轻质陶瓷块体。

(4)、对步骤（3）得到的轻质块体进行机械破碎 ，得到粒度为0.5-10mm的轻质耐火原料。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的陶瓷粉体为氧化铝粉、氧化镁粉、氧化硅粉、氧化锆粉、莫来石粉、尖晶石粉、堇青石粉、镁橄榄石粉中的一种或两种或两种以上的任意质量比的混合粉体。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的陶瓷粉体为纳米粉或微粉，尺寸为50nm-100μm。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸胺、十二烷基硫酸三乙醇胺、非离子型表面活性剂中的一种或两种或两种以上的的任意质量比的混合物。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的有机单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺或乙烯基吡咯酮或甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯；所述的交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺或丙烯基丙烯酸甲酯。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的引发剂为过硫酸铵。

一种轻质耐火原料的制备方法，所述的催化剂为N,N,N′,N′-四甲基乙二胺。

本发明的优点：

（1）本发明将凝胶注模成型与发泡法结合，通过快速固化的方式解决了成型过程中气泡的不稳定问题。

（2）采用本发明制备隔热材料中的气孔均由空气作为“模板”得到，不需要消耗任何固态或液态的模板，经济。

（3）本发明制备出的轻质骨料密度低，强度高，用作轻质不定型耐火材料的原料时不上浮。

（4）本发明的方法过程简单，所使用的原料均为工业原料，使用设别少，适合大规模生产。

具体实施方式

给出本发明的实施例并结合给出的实施例对本发明加以说明，但所给出的实施例对本发明不构成任何限制：

实施例1

将50nm的氧化铝粉、占氧化铝粉总质量10%的水、占氧化铝粉体总质量1%的丙烯酰胺和占丙烯酰胺质量的5%的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占氧化铝粉质量1%的十二烷基硫酸钠，搅拌得到泡沫浆料。将占丙烯酰胺质量2%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量10%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1600℃烧结8h，得到氧化铝轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为1mm的轻质氧化铝耐火原料。

实施例2

将10μm的氧化锆粉、占氧化锆粉总质量20%的水、占氧化锆粉总质量4%的甲基丙烯酰胺和占甲基丙烯酰胺质量的7%的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占氧化锆粉质量3%的十二烷基苯磺酸钠，搅拌得到泡沫浆料。将占甲基丙烯酰胺质量4%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量15%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1800℃烧结5h，得到氧化锆轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为0.5mm的轻质氧化锆耐火原料。

实施例3

将100μm氧化镁粉与2μm氧化硅粉混合得到的混合粉体、占混合粉体总质量30%的水、占混合粉体总质量8%的乙烯基吡咯酮和占乙烯基吡咯酮质量的9%的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占混合粉体质量5%的十二烷基硫酸胺，搅拌得到泡沫浆料。将占乙烯基吡咯酮质量6%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量20%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1500℃烧结3h，得到镁橄榄石结合的氧化镁轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为8mm的镁橄榄石结合的氧化镁轻质耐火原料。

实施例4

将30μm的莫来石粉、占莫来石粉总质量40%的水、占莫来石粉总质量12%的甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯和占甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯质量的11%的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占莫来石粉质量7%的十二烷基硫酸三乙醇胺，搅拌得到泡沫浆料。将占甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯质量8%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量25%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1400℃烧结5h，得到莫来石轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为10mm的轻质莫来石耐火原料。

实施例5

将80μm的堇青石粉、占堇青石粉总质量50%的水、占堇青石粉总质量16%的乙烯基吡咯酮和占乙烯基吡咯酮质量的13%的丙烯基丙烯酸甲酯依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占堇青石粉质量9%的十二烷基硫酸胺，搅拌得到泡沫浆料。将占乙烯基吡咯酮质量10%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量30%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1500℃烧结5h，得到堇青石轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为4mm的堇青石轻质耐火原料。

实施例6

将20μm的尖晶石粉、占尖晶石粉总质量60%的水、占尖晶石粉总质量18%的乙烯基吡咯酮和占乙烯基吡咯酮质量的15%的丙烯基丙烯酸甲酯依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占尖晶石粉质量8%的非离子型表面活性剂，搅拌得到泡沫浆料。将占乙烯基吡咯酮质量5%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量35%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1500℃烧结5h，得到堇青石轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为4mm的尖晶石轻质耐火原料。

实施例7

将60μm的镁橄榄石粉、占镁橄榄石粉总质量70%的水、占镁橄榄石粉总质量20%的乙烯基吡咯酮和占乙烯基吡咯酮质量的20%的丙烯基丙烯酸甲酯依次倒入球磨罐中，球磨得到稳定浆料；将浆料倒入搅拌桶中，加入占镁橄榄石粉质量10%的十二烷基硫酸胺与十二烷基硫酸三乙醇胺的混合物，搅拌得到泡沫浆料。将占乙烯基吡咯酮质量7%的过硫酸铵和占过硫酸铵质量40%的N,N,N′,N′-四甲基乙二胺依次加入到陶瓷浆料中，搅拌均匀后，泡沫浆料固化成型得到生坯；将生坯干燥，置于炉中，1500℃烧结5h，得到堇青石轻质块体，对轻质块体进行破碎，得到粒度为4mm的镁橄榄石轻质耐火原料。

Claims (8)

1.一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：首先以陶瓷粉体、发泡剂、水、单体和交联剂为起始原料，采用球磨的方式制备出稳定的陶瓷浆料；再加入表面活性剂采用机械搅拌的方式进行发泡得到稳定泡沫浆料；然后加入引发剂和催化剂，泡沫浆料固化；对固化后的坯体进行干燥、烧结，得到轻质块体；最后对轻质块体进行机械破碎、筛分，得到尺度为0.5-10mm的轻质耐火原料。

2.按权利要求1所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：

所述制备方法包括以下步骤：

(1)、依次将陶瓷粉体、占陶瓷粉体总质量10%～70%的水、占陶瓷粉体总质量1%～20%的有机单体和占有机单体质量的5%～20%交联剂倒入球磨罐中，球磨得到陶瓷浆料；

 (2)、将步骤（1）得到的陶瓷浆料转移至搅拌桶中，加入占陶瓷粉体总质量1%～10%的发泡剂，搅拌得到泡沫浆料，依次加入占单体质量2%～10%的引发剂和占引发剂质量10%～40%的催化剂，搅拌均匀后，浆料快速固化；

 (3)、将步骤（2）浆料固化后得到的生坯移至烘箱中烘干；干燥后，升温至1400-1800℃，保温1-8小时，得到高强度的轻质陶瓷块体；

(4)、对步骤（3）制得的轻质陶瓷块体进行机械破碎和筛分，得到尺寸为0.5-10mm的轻质耐火原料。

3.按权利要求1或2所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷粉体为氧化铝粉、氧化镁粉、氧化硅粉、氧化锆粉、莫来石粉、尖晶石粉、堇青石粉、镁橄榄石粉中的一种或两种或两种以上任意质量比的混合粉体。

4.按权利要求1或2所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷粉体为纳米粉或微粉，尺寸为50nm-100μm。

5.按权利要求1或2所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸胺、十二烷基硫酸三乙醇胺、非离子型表面活性剂中的一种或两种或两种以上任意质量比的混合物。

6.按权利要求1所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基吡咯酮、甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯中的一种；所述的交联剂为联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺或丙烯基丙烯酸甲酯中的一种。

7.按权利要求1所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵。

8.按权利要求1所述的一种轻质耐火原料的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为N,N,N′,N′-四甲基乙二胺。