CN104326741B - 一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法 - Google Patents

一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于采用以下步骤：（1）把铝盐、镁盐、尿素、辅助剂溶解到蒸馏水中配制成溶液；将含棉布料浸到上述溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分，并在50℃下干燥20小时。（2）把所述的浸泡、干燥后的布料放入隧道窑内，快速加热升温到400-800℃，然后缓慢加热升温到1200-1600℃并保温0.5-1小时烧结，即制得镁铝尖晶石纤维布。本发明设备简单、能耗低、成本低、易于操作等优点，便于实现工业化规模生产。

Description

一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法
技术领域
本发明提供一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石（MgAl2O4）纤维布的简单方法，属于陶瓷纤维材料制备技术领域。
背景技术
镁铝尖晶石纤维布具有耐高温、耐腐蚀、强度高、孔隙率高、比表面积大、隔热保温等优点，可作为高温耐火保温材料、催化剂载体、有毒物质的吸附剂、薄膜支撑体及化工填料等。传统纤维布的制备方法是把原始配料加热到高温并使其熔融，用甩丝、拉丝等工艺制备纤维，然后再利用纺丝或编织等技术制成纤维布。由于镁铝尖晶石的熔点高于2100℃，如果使用传统的熔融法制备高纯度的镁铝尖晶石（含量高于95%）纤维布，则具有能耗高、设备复杂、成本高等缺点，极大限制了高纯度镁铝尖晶石纤维布在高温耐火保温材料、催化剂载体、薄膜支撑体等方面的应用。此外，国内外用湿化学方法（主要是溶胶—凝胶法）制备镁铝尖晶石纤维的工艺过程和设备复杂，成本高；如果纺织成布，镁铝尖晶石纤维布的成本会进一步提高，这严重阻碍了镁铝尖晶石纤维布的应用和推广。
另一方面，随着我国经济的发展和人口数量的增多，纺织品的消耗量迅速增加，大量废旧纺织品被作为垃圾掩埋、焚烧、既造成了资源的浪费，也造成了环境污染。因此，开发对废旧纺织品的有效利用技术，既能产生经济效益，还具有巨大的社会效益。本发明提供的是一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法。该方法可用新含棉布料为模板，但更具有意义是该方法也可直接用洗涤干净的废旧含棉布料作为模板，也可使用再生的含棉布料作为模板。具体选择那一种含棉布料作为模板，取决于所生产的镁铝尖晶石纤维布的应用领域。如本发明生产的镁铝尖晶石纤维布作为化工填料或一般的保温材料（应用的环境温度不超过1400℃），可直接采用洗涤干净的废旧含棉布料为模板；如本发明生产的镁铝尖晶石纤维布作为高温（高于1600℃）耐火保温材料，则需选用新的含棉布料或高纯度的再生含棉布料作为模板。因此，本发明提供的以含棉布料为模板生产镁铝尖晶石纤维布的方法，除了具有良好的经济效益外，还具有巨大的社会效益。
本发明提供的是一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，该方法具有设备简单、能耗低、成本低、易于操作等优点，便于实现工业化规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、能耗低、成本低、可规模化生产的镁铝尖晶石（MgAl2O4）纤维布的制备方法，其技术方案为：一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于采用以下步骤：（1）把铝盐、镁盐、尿素、辅助剂溶解到蒸馏水中配制成溶液；将含棉布料浸到上述溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分，并在50℃下干燥20小时。（2）把所述的浸泡、干燥后的布料放入隧道窑内，快速加热升温到400-800℃，然后缓慢加热升温到1200-1600℃并保温0.5-1小时烧结。
所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于步骤（1）中的铝盐主要是硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种。
所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于步骤（1）中所述的溶液中Al3+的浓度为0.5-1.5mol/L，Mg2+的浓度是Al3+的浓度的0.5倍，尿素的浓度为1.0-3.0mol/L。
所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于步骤（1）中的辅助剂指的是聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种；辅助剂的加入量是尿素质量的1~5%。
所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于步骤（1）中的含棉布料是指布料中棉纤维的质量百分含量为80-90%，涤纶纤维的质量百分含量为5-15%，氨纶纤维的质量百分含量为5-10%。
所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于步骤（1）中的含棉布料可以是新含棉布料，也可以是废旧含棉布料，还可以是再生含棉布料。
所述的一种简单的氧化铝纤维布的制备方法，其特征在于步骤（2）中的快速加热升温是指升温速度为20-50℃/min。
所述的一种简单的氧化铝纤维布的制备方法，其特征在于步骤（2）中的缓慢加热升温是指升温速度为0.1~1.0℃/min。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明提供的是一种制备镁铝尖晶石纤维布的湿化学方法，无需把原始配料加热到高温并使其熔融，也没有成丝和织布等工艺过程，因此工艺简单，操作安全，能耗低，总成本低，且易于实现工业化；
2.本发明所制备的镁铝尖晶石纤维布和所述的作为模板的布料具有完全相同的纹理结构，镁铝尖晶石纤维布的形状、尺寸以及纤维的长度与直径等，主要取决于含棉布料的形状、尺寸以及布料中的纤维长度与直径等。因此，本发明所制备的镁铝尖晶石纤维布的形状、尺寸以及纤维的长度与直径等能根据实际需要而灵活控制；
3.本发明所提供的镁铝尖晶石纤维布的制备方法中，可用洗涤干净的废旧含棉布料或再生含棉布料为模板，实现废旧布料的回收利用，具有巨大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1
把氯化铝、硝酸镁、尿素与聚乙烯醇（辅助剂）溶解到蒸馏水中配制成溶液，控制Al3+，Mg2+和尿素的浓度分别是0.5mol/L，0.25mol/L和1mol/L。其中，聚乙烯醇的添加量是尿素质量的1%。将新的含棉布料（棉含量80wt%，涤纶15wt%，氨纶5wt%）放入到溶液中浸泡10分钟，取出并拧出多余的水分。在50℃下干燥20小时后，把所述的浸泡、干燥后的布料置于隧道窑内，用20℃/min的速度加热到400℃，然后以0.1℃/min的速度加热升温到1200℃并保温1小时烧结；冷却后即可制备出镁铝尖晶石纤维布。
实施例2
把硝酸铝、氯化镁、尿素与聚乙二醇（辅助剂）溶解到蒸馏水中配制成溶液，控制Al3+、Mg2+和尿素的浓度分别是1mol/L，0.5mol/L和2.5mol/L。其中，聚乙二醇的添加量是尿素质量的2%。将新的含棉布料（棉含量85wt%，涤纶5wt%，氨纶10wt%）放入到溶液中浸泡10分钟，取出并拧出多余的水分。在50℃下干燥20小时后，把所述的浸泡、干燥后的布料置于隧道窑内，用30℃/min的速度加热到600℃，然后以1℃/min的速度加热升温到1500℃并保温0.5小时烧结；冷却后即可制备出镁铝尖晶石纤维布。
实施例3
把硫酸铝、硝酸镁、尿素与聚丙二醇（辅助剂）溶解到蒸馏水中配制成溶液，控制Al3+、Mg2+和尿素的浓度分别是1.5mol/L，0.75mol/L和3.0mol/L。其中，聚丙二醇的添加量是尿素质量的3%。将再生含棉布料（其中，棉含量90wt%，涤纶5wt%，氨纶5wt%）放入到溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分。在50℃下干燥20小时后，把所述的浸泡、干燥后的布料置于隧道窑内，用40℃/min的速度加热到800℃，然后以0.7℃/min的速度加热升温到1600℃并保温0.5小时烧结；冷却后即可制备出镁铝尖晶石纤维布。
实施例4
把氯化铝、氯化镁、尿素与聚乙烯醇（辅助剂）溶解到蒸馏水中配制成溶液，控制Al3+、Mg2+和尿素的浓度分别是0.5mol/L，0.25mol/L和1.0mol/L。其中，聚乙烯醇的添加量是尿素质量的4.1%。将再生含棉布料（棉含量86wt%，涤纶6wt%，氨纶8wt%）放入到溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分。在50℃下干燥20小时后，把所述的浸泡、干燥后的布料置于隧道窑内，用50℃/min的速度加热到700℃，然后以0.3℃/min的速度加热升温到1300℃并保温1小时烧结；冷却后即可制备出镁铝尖晶石纤维布。
实施例5
把硝酸铝、硫酸镁、尿素与聚乙二醇（辅助剂）溶解到蒸馏水中配制成溶液，控制Al3+、Mg2+和尿素的浓度分别是0.8mol/L，0.4mol/L和2.0mol/L。其中，聚乙二醇的添加量是尿素质量的5%。将废旧含棉布料（棉含量85wt%，涤纶8wt%，氨纶7wt%）放入到溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分。在50℃下干燥20小时后，把所述的浸泡、干燥后的布料置于隧道窑内，用50℃/min的速度加热到500℃，然后以0.5℃/min的速度加热升温到1400℃并保温1小时烧结；冷却后即可制备出镁铝尖晶石纤维布。用废旧布料做模板制备的镁铝尖晶石纤维布可用于化工填料、耐火保温材料(使用温度不高于1400℃)、催化剂载体、有毒物质的吸附剂、薄膜支撑体等。

Claims (3)

1.一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于采用以下步骤：（1）把硝酸铝、硫酸铝或氯化铝，硝酸镁、硫酸镁或氯化镁，尿素，以及作为辅助剂的聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙二醇溶解到蒸馏水中配制成溶液；控制溶液中Al3+的浓度为0.5-1.5mol/L，Mg2+的浓度为Al3+的浓度的0.5倍，尿素的浓度为1.0-3.0mol/L，辅助剂的加入量是尿素质量的1~5%；将含棉布料浸到上述溶液中浸泡10分钟，然后取出并拧出多余的水分，并在50℃下干燥20小时；（2）把所述的浸泡、干燥后的布料放入隧道窑内，以20-50℃/min的速度快速加热升温到400-800℃，然后以0.1~1.0℃/min的速度缓慢加热升温到1200-1600℃并保温0.5-1小时烧结。
2.如权利要求1所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于：步骤（1）中的含棉布料是指布料中棉纤维的质量百分含量为80-90%，涤纶纤维的质量百分含量为5-15%，氨纶纤维的质量百分含量为5-10%。
3.如权利要求1所述的一种以含棉布料为模板制备镁铝尖晶石纤维布的简单方法，其特征在于：步骤（1）中的含棉布料指的是新含棉布料、废旧含棉布料或再生含棉布料。
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