CN104529511A - 一种泡沫陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫陶瓷材料的制备方法。该方法步骤为：步骤1：将陶瓷废料、粉煤灰、粘土粉碎后，加入硅烷偶联剂水溶液中，搅拌均匀，得粘性液体；步骤2：所制得的粘性液体中加入无机保温砂浆材料，高速搅拌分散，制得混合浆液；步骤3：将所得的混合浆液进行球磨和造粒，制得混合颗粒；步骤4：将制得的混合颗粒，发泡陶瓷坯料和发泡剂加入球磨机中球磨，然后进行高温烧结，制得泡沫陶瓷材料。本发明通过在陶瓷配料中加入无机保温砂浆材料以及发泡剂中添加的水玻璃，高温下材料基体与发泡剂相互共熔，材料内部呈现密集的闭孔气孔，可获得多孔性、轻质的保温材料结构。

Description

一种泡沫陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫陶瓷材料的制备方法，属于陶瓷材料领域。

背景技术

泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷。它具有三维连通孔道，同时其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化。泡沫陶瓷因具有特殊的性能：如高比表面积、高渗透性、低容重、低热导率等而日益引起各方面的重视。这些优异的性能使其在催化剂载体、熔融金属过滤、高温气体过滤、耐火材料、生物材料等领域得到广泛应用。

泡沫陶瓷材质由最初的普通粘土质发展到耐高温、耐腐蚀、耐热冲击性材质（如碳化硅、氧化铝、钛酸铝、莫来石等）。在这些材料中氧化铝或高铝质陶瓷材料因具有原料来源广泛、价格低廉、优良的耐酸碱腐蚀性、机械强度高等优点，使其在有色金属高温熔体过滤、高温气体过滤、催化及耐火材料等应用领域有较明显的优势。

自保温材料发展以来，有机保温材料一直是主流材料，在整个行业中处于重要位置，有机类保温材料主要来源于石油副产品，有机保温材料最大的优点是质轻、保温、隔热性好，造价也低，最大缺陷是安全性差，易老化、易燃烧、防火性能低，并且燃烧的烟雾大、毒性大。

无机保温材料中，岩棉和玻璃棉在国际市场被广泛采用，岩棉的最高使用温度能达到650℃，玻璃棉也可以达到300℃。但是岩棉也存在着吸湿性大、保温效果差的缺点，而且岩棉是天然矿物，属于不可再生资源。总体而言，无机保温材料防火性能好，但也存在着密度较大，导热系数较高，与有机材料相比，其保温节能效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫陶瓷材料的制备方法，具有轻质、隔热、保温、耐腐蚀、机械强度高的特点，满足人们对建筑外墙保温材料的各种性能要求。

实现本发明目的的技术方案为：一种泡沫陶瓷材料的制备方法，制备步骤为：

一种泡沫陶瓷材料的制备方法，制备步骤如下：

步骤1：将陶瓷废料、粉煤灰、粘土粉碎后，加入含有硅烷偶联剂的水溶液中，搅拌均匀，得粘性液体；

步骤2：所制得的粘性液体中加入无机保温砂浆材料，高速搅拌分散，制得混合浆液；

步骤3：将所得的混合浆液进行球磨和造粒，制得混合颗粒；

步骤4：将制得的混合颗粒，发泡陶瓷坯料和发泡剂加入球磨机中球磨，然后进行高温烧结，制得泡沫陶瓷材料。.

进一步地，在步骤1）中，所述的陶瓷废料、粉煤灰和粘土的质量比为1：（1～3）：（1～2），所述的陶瓷废料和硅烷偶联剂水溶液的质量体积比为1g：（5～10）mL，所述的硅烷偶联剂水溶液的质量分数为1%～5%；

步骤2）中，所述的无机保温砂浆与陶瓷废料的质量比为（2～4）：1；

步骤4）中，所述的发泡陶瓷坯料与陶瓷废料的质量比为（8～15）：1，所述的发泡剂与发泡陶瓷坯料的质量比为1：（30～50），球磨时间为4～6小时，高温烧结条件为：先升温至300℃～400℃，保温 1～2小时，继续升温至800～1000℃，保温1～3小时。

更进一步地，本发明所述的无机保温砂浆材料，以质量百分数计，包括水泥40%～60%、膨胀玻化微珠10%～30%、硫酸钠5%～15%、羟甲基纤维素5%～15%和铝粉5%～15%。

特别地，所述的无机保温砂浆材料，其制备方法为：

1）按重量百分比，称取水泥、膨胀玻化微珠、硫酸钠和铝粉，经混合、研磨，制得混合粉料；

2）将羟甲基纤维素溶于水中，用质量浓度为5%～15%的碱性溶液调节体系pH值为8～10，再将体系升温至60℃～80℃，加入所制得的混合粉料，保温搅拌1～3小时，抽滤、脱水，制得无机保温砂浆材料，其中羟甲基纤维素与水的质量比为0.01～0.05∶1，混合粉料与羟甲基纤维素的质量比为（5～15）∶1。

进一步优选地，本发明步骤4）所述的发泡剂，按质量百分比表示，由白云石35%～50%、碳酸钙26%～34%、水玻璃5～15%和碳粉12%～16%组成，所述的发泡剂为颗粒状，粒径为40～80μm。

所述的发泡剂由下述方法制得：

（1）混料：对白云石和碳酸钙进行配料，用振动球磨机混合0.5～2小时后得到粉料，；

（2）砂磨：将上述粉料放入砂磨机中，同时加入碳粉和水玻璃，砂磨0.5～2小时得浆料；

（3）造粒：将上述砂磨后的浆料通过喷雾造粒机进行造粒。

本发明与现有技术相比，具有的优点在于：1）本发明通过在陶瓷配料中加入无机保温砂浆材料以及发泡剂中添加的水玻璃，高温下材料基体与发泡剂相互共熔，材料内部呈现密集的闭孔气孔，可获得多孔性、轻质的保温材料结构；2）本发明选用的粉煤灰具有反应活性，能够激发水泥活性，提高泡沫陶瓷材料的粘结强度，并降低产品密度。3）发泡剂中的白云石，可分解出大量气体，选用的碳粉作为调节剂，不但调节发泡剂的发泡性能，而且增强了泡沫陶瓷的耐温性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

1）将陶瓷废料100克、粉煤灰100克、粘土100克混合粉碎后，分散于500克硅烷偶联剂KH-550的水溶液中，该硅烷偶联剂KH-550水溶液的质量分数为1%，搅拌均匀，得粘性液体；

2）在步骤1）所制得的粘性液体中加入200克无机保温砂浆材料，高速搅拌分散10分钟，制得无机保温砂浆分散液；

3）将步骤2）所制得的无机保温砂浆分散液进行球磨和造粒，得混合颗粒；

4）将步骤3）制得的混合颗粒，800克发泡陶瓷坯料和16克发泡剂加入球磨机中球磨4小时，然后进行高温烧结，烧结炉先升温至300℃，保温 1小时，继续升温至800℃，保温1小时，制得泡沫陶瓷保温材料。

实施例2

1）将陶瓷废料100克、粉煤灰300克、粘土200克混合粉碎后，分散于1000克硅烷偶联剂A-151的水溶液中，该硅烷偶联剂A-151水溶液的质量分数为5%，搅拌均匀，得粘性液体；

2）在步骤1）所制得的粘性液体中加入400克无机保温砂浆材料，高速搅拌分散60分钟，得无机保温砂浆材料分散液；

3）将步骤2）所得的分散液进行球磨和造粒，得混合颗粒；

4）将步骤3）制得的混合颗粒，1500克发泡陶瓷坯料和50克发泡剂加入在球磨机中球磨6小时，然后进行高温烧结，烧结炉先升温至400℃，保温 2小时，继续升温至1000℃，保温3小时，制得泡沫陶瓷保温材料。

在实施例1～2中，采用的无机保温砂浆材料、发泡陶瓷坯料和发泡剂均为市售产品。

实施例3

本实施例的泡沫陶瓷材料制备步骤同实施例1。但本实施例中的无机保温砂浆材料和发泡剂为自制。本实施例的无机保温砂浆材料，以质量百分数计，包括水泥40%～60%、膨胀玻化微珠10%～30%、硫酸钠5%～15%、羟甲基纤维素5%～15%和铝粉5%～15%。该无机保温砂浆材料制备方法为：

1）按重量百分比，称取水泥、膨胀玻化微珠、硫酸钠和铝粉，经混合、研磨，制得混合粉料；

2）将羟甲基纤维素溶于水中，用质量浓度为5%～15%的碱性溶液调节体系pH值为8～10，再将体系升温至60℃～80℃，加入所制得的混合粉料，保温搅拌1～3小时，抽滤、脱水，制得无机保温砂浆材料，其中羟甲基纤维素与水的质量比为0.01～0.05∶1，混合粉料与羟甲基纤维素的质量比为（5～15）∶1。其中，碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液。

本实施例中的所述的发泡剂，按质量百分比表示，由白云石35%～50%、碳酸钙26%～34%、水玻璃5～15%和碳粉12%～16%组成，所述的发泡剂为颗粒状，粒径为40～80μm。所述的发泡剂由下述方法制得：

（1）混料：对白云石和碳酸钙进行配料，用振动球磨机混合0.5～2小时后得到混合粉料；

（2）砂磨：将上述混合粉料放入砂磨机中，同时加入碳粉和水玻璃，砂磨0.5～2小时得浆料；

（3）造粒：将上述砂磨后的浆料通过喷雾造粒机进行造粒。

实施例4

本实施例的泡沫陶瓷材料制备步骤同实施例2。本实施例的无机保温砂浆材料和发泡剂制备步骤同实施例3。

实施例1～4的配料情况可用表1表示：

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					陶瓷废料	100克	100克	100克	100克
粉煤灰	100克	300克	100克	300克
					粘土	100克	200克	100克	200克
无机保温砂浆材料	200克，市售	800克，市售	200克，自制	800克，自制
					发泡陶瓷坯料	800克，市售	1500克，市售	800克，市售	1500克，市售
发泡剂	16克，市售	50克，市售	16克，自制	50克，自制

本发明并不局限于以上实施例，实施例1～4仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的实质情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

步骤1：将陶瓷废料、粉煤灰、粘土粉碎后，加入硅烷偶联剂水溶液中，搅拌均匀，得粘性液体；

步骤2：所制得的粘性液体中加入无机保温砂浆材料，高速搅拌分散，制得混合浆液；

步骤3：将所得的混合浆液进行球磨和造粒，制得混合颗粒；

步骤4：将制得的混合颗粒，发泡陶瓷坯料和发泡剂加入球磨机中球磨，然后进行高温烧结，制得泡沫陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于：

步骤1）中，所述的陶瓷废料、粉煤灰和粘土的质量比为1：（1～3）：（1～2），所述的陶瓷废料和硅烷偶联剂水溶液的质量体积比为1g：（5～10）mL，所述的硅烷偶联剂水溶液的质量分数为1%～5%；

步骤2）中，所述的无机保温砂浆与陶瓷废料的质量比为（2～4）：1；

步骤4）中，所述的发泡陶瓷坯料与陶瓷废料的质量比为（8～15）：1，所述的发泡剂与发泡陶瓷坯料的质量比为1：（30～50），球磨时间为4～6小时，高温烧结条件为：先升温至300℃～400℃，保温 1～2小时，继续升温至800～1000℃，保温1～3小时。

3.根据权利要求2所述的一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述的无机保温砂浆材料，以质量百分数计，包括水泥40%～60%、膨胀玻化微珠10%～30%、硫酸钠5%～15%、羟甲基纤维素5%～15%和铝粉5%～15%。

4.根据权利要求3所述的一种保温泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述的无机保温砂浆材料，其制备方法为：

按重量百分比，称取水泥、膨胀玻化微珠、硫酸钠和铝粉，经混合、研磨，制得混合粉料；

将羟甲基纤维素溶于水中，用质量浓度为5%～15%的碱性溶液调节体系pH值为8～10，再将体系升温至60℃～80℃，加入所制得的混合粉料，保温搅拌1～3小时，抽滤、脱水，制得无机保温砂浆材料，其中羟甲基纤维素与水的质量比为0.01～0.05∶1，混合粉料与羟甲基纤维素的质量比为（5～15）∶1。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤4）所述的发泡剂，按质量百分比表示，由白云石35%～50%、碳酸钙26%～34%、水玻璃5～15%和碳粉12%～16%组成，所述的发泡剂为颗粒状，粒径为40～80μm。

6.根据权利要求5所述的一种泡沫陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述的发泡剂由下述方法制得：

（1）混料：对白云石和碳酸钙进行配料，用振动球磨机混合0.5～2小时后得到粉料，；

（2）砂磨：将上述粉料放入砂磨机中，同时加入碳粉和水玻璃，砂磨0.5～2小时得浆料；

（3）造粒：将上述砂磨后的浆料通过喷雾造粒机进行造粒。