CN105948804A - 浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法 - Google Patents

浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，属于冶金材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，采用先分别浸渍活化剂，再将活化剂混合后浸渍的方法，能有效地提高泡沫载体的挂浆质量，从而增加泡沫陶瓷的孔筋厚度和改善它的机械强度，此种泡沫载体表面处理方式简易，容易掌握操作，可以在陶瓷过滤器制造领域广泛推广使用。

Description

浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法
技术领域
本发明涉及浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，属于冶金材料技术领域。
背景技术
泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷，它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后发展起来的第三代多孔陶瓷制品。这种高技术陶瓷具有三维连通孔道，同时对其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化，制品就像是“被钢化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海绵体”。作为一种新型的无机非金属过滤材料，泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点，泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。近年来，泡沫陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学等领域。
泡沫陶瓷材料的制备方法很多，其中应用比较成功的有：添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法及溶胶-凝胶法等。其中，有机泡沫塑料浸渍法是目前公认的制备泡沫陶瓷最理想的方法。该方法的原理为：选择具有三维开孔的泡沫载体，将准备好的浆料均匀涂抹在泡沫载体上，使得泡沫的孔筋上充分附着满浆料，该浆料是由陶瓷原料经球磨充分混合后制得的固含量较高的浆料，然后将干燥后的半成品升高至一定温度，将其中的泡沫充分燃尽且浆料烧结致密后便可获得与泡沫塑料结构几乎一致的泡沫陶瓷。该方法用有机泡沫作为骨架来制备泡沫陶瓷，泡沫陶瓷性能的好坏取决于陶瓷浆料和有机泡沫的亲和作用，两者的亲和则取决于有机泡沫载体的表面处理及浆料的制备，泡沫载体的活化处理可改善泡沫的挂浆质量，而好的挂浆效果是获得好的制品的关键，它直接关系到制品的容重、孔隙率、强度、热震性、微观组织结构等。
目前，常用的对有机泡沫载体的改性处理是将其浸泡于适当浓度的氢氧化钠溶液中，以增加有机泡沫孔筋的粗糙度，同时去除掉有机泡沫中的隔膜，从而易于后期挂浆和降低产品盲孔的产生机率。但是，采用该处理方法，生产的泡沫陶瓷仍存在抗压强度不高的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，采用该方法，能够提高泡沫陶瓷的抗压强度。
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，包括依次进行的如下步骤：
a、将泡沫浸渍在羧甲基纤维素钠水溶液中，取出，去除多余的羧甲基纤维素钠水溶液并干燥；
b、将a步骤干燥后的泡沫浸渍在木质素磺酸钙水溶液中，取出，去除多余的木质素磺酸钙水溶液并干燥；
c、将b步骤干燥后的泡沫浸渍在聚乙烯亚胺水溶液中，取出，去除多余的聚乙烯亚胺水溶液并干燥；
d、将c步骤干燥后的泡沫浸渍在混合溶液中，取出，去除多余的混合溶液并干燥；得到处理后的泡沫载体；其中，混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的至少两种；
其中，羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为0.5～5wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1～6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为0.5～5wt％。
优选的，所述混合溶液为体积比1:0.2～5:0.2～5的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液；更优选所述混合溶液为体积比1:1:1的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液。
优选的，所述混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的任意两种，以体积比为1:1～5混合；优选以体积比为1:1混合。
本发明所述泡沫优选为聚氨酯开孔泡沫或聚氯乙烯开孔泡沫；优选为聚氨酯开孔泡沫。
作为优选方案，羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为1.0wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1.6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为1.2wt％。
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，在a步骤之前，用洗涤剂和清水洗涤，以去除泡沫表面的附着物。
采用本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法处理后的泡沫载体，可采用本领域常规的方法进行浸渍烧结，从而得到泡沫陶瓷材料。优选的，本发明的方法适用于Al2O3基泡沫陶瓷。
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，采用先分别浸渍活化剂，再将活化剂混合后浸渍的方法，能有效地提高泡沫载体的挂浆质量，从而增加泡沫陶瓷的孔筋厚度和改善它的机械强度，此种泡沫载体表面处理方式简易，容易掌握操作，可以在陶瓷过滤器制造领域广泛推广使用。
具体实施方式
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，包括依次进行的如下步骤：
a、将泡沫浸渍在羧甲基纤维素钠水溶液中，取出，去除多余的羧甲基纤维素钠水溶液并干燥；
b、将干燥后的泡沫浸渍在木质素磺酸钙水溶液中，取出，去除多余的木质素磺酸钙水溶液并干燥；
c、将干燥后的泡沫浸渍在聚乙烯亚胺水溶液中，取出，去除多余的聚乙烯亚胺水溶液并干燥；
d、将干燥后的泡沫浸渍在混合溶液中，取出，去除多余的混合溶液并干燥；得到处理后的泡沫载体；其中，混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的至少两种；
其中，羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为0.5～5wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1～6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为0.5～5wt％。
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，采用先分别浸渍活化剂，再将活化剂混合后浸渍的方法，可以提高制备的泡沫陶瓷的性能，其浸渍的时间以泡沫载体充分吸收活化剂为准。
所述混合溶液为三种溶液的混合时，优选的，所述混合溶液为体积比1:0.2～5:0.2～5的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液；更优选所述混合溶液为体积比1:1:1的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液。
所述混合溶液为两种溶液的混合时，优选的，所述混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的任意两种，以体积比为1:1～5混合；优选以体积比为1:1混合。
制备泡沫陶瓷采用的是开孔的泡沫，主要烧结陶瓷坯体后留下的孔隙起到过滤的作用。本发明所述泡沫优选为聚氨酯开孔泡沫或聚氯乙烯开孔泡沫；优选为聚氨酯开孔泡沫。
作为优选方案，羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为1.0wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1.6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为1.2wt％。
本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，在a步骤之前，用洗涤剂和清水洗涤，以去除泡沫表面的附着物。
采用本发明浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法处理后的泡沫载体，可采用本领域常规的方法进行浸渍烧结，从而得到泡沫陶瓷材料。优选的，本发明的方法适用于Al2O3基泡沫陶瓷。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
1、泡沫载体的活化处理
先用洗涤剂和清水洗涤去除聚氨醋泡沫表面的附着物，然后依次进行如下处理步骤：
a、将清洗后的泡沫浸渍在浓度为1.0wt％的羧甲基纤维素钠水溶液(简写CMC)中，待充分吸收活化剂后取出，去除多余的羧甲基纤维素钠水溶液并干燥；
b、将干燥后的泡沫浸渍在浓度为1.6wt％的木质素磺酸钙水溶液(简写Lignin)中，待充分吸收活化剂后取出，去除多余的木质素磺酸钙水溶液并干燥；
c、将干燥后的泡沫浸渍在浓度为1.2wt％的聚乙烯亚胺水溶液(简写PEI)中，待充分吸收活化剂后取出，去除多余的聚乙烯亚胺水溶液并干燥；
d、将干燥后的泡沫浸渍在混合溶液中，待充分吸收活化剂后取出，去除多余的混合溶液，用空气压缩机吹开被活化剂堵住的孔，在室温下晾干24h备用，得到处理后的泡沫载体；其中，混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液按体积比1:1:1混合而成。
2.料浆制备
按要求称取：α－Al2O3：400g，无水乙醇(分析醇)：40ml，木质素磺酸钙1.6g，磷酸二氢铝(AlH2PO4)：100ml，CMC：1g，水：60g，加入Cr2O3：4g，SiO2微粉：15g，Fe2O3：2g，CeO2：8g，TiO2微粉：2g，按照先液相后固相，先量少的后量多的原则将料加入搅拌机中，搅拌机转速为2000m/min～3000m/min，原料全部加完后，继续搅拌10～20分钟，以获得均匀稳定的浆料。
3.挂浆
将处理过的聚氨酯泡沫完全浸入浆料中，吸饱浆液后取出，用手挤出多余浆料，直至浆料均匀的涂敷在网状结构上。
4.干燥
把挂好浆的泡沫放在干燥通风处，自然干燥24h；然后，放在干燥箱中在110℃中干燥24h除去自由水。
5.烧成
干燥坯体在箱式电炉中进行分段烧结，以一定的升温速度升至1430℃并保温180min，随炉冷却制成制品。
测定制备的泡沫陶瓷的容重、孔隙率及抗压强度。其容重为0.47g·cm-3、抗压强度为2.6MPa，孔隙率为83.1％。
实施例2～6
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理时浸渍的活化剂羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液的浓度以及混合溶液的种类，其活化剂的浓度见表1，得到的泡沫陶瓷的容重、孔隙率及抗压强度见表1。
对比例1
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，仅浸渍一种活化剂(羧甲基纤维素钠水溶液)，得到的泡沫陶瓷性能见表1。
对比例2
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，仅浸渍一种活化剂(木质素磺酸钙水溶液)得到的泡沫陶瓷性能见表1。
对比例3
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，仅浸渍一种活化剂(聚乙烯亚胺水溶液)得到的泡沫陶瓷性能见表1。
对比例4
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，依次浸渍羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液后干燥即可，得到的泡沫陶瓷性能见表1。
对比例5
按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，依次浸渍羧甲基纤维素钠水溶液和混合溶液后干燥即可，得到的泡沫陶瓷性能见表1。
表1表面活性剂对泡沫陶瓷性能的影响
续表1
由1可以看出不同种类、不同比例的表面活性剂对泡沫陶瓷性能的影响，实施例1，由于各种表面活性剂比例达到最优，所活化处理得到的泡沫陶瓷综合性能最优，而实施例2～6各种表面活性剂的比例没有达到最优，所活化处理得到泡沫陶瓷的性能劣于实施例1，对比例1～5按照实施例1的方法，仅改变泡沫载体的活化处理的步骤，不能充分活化聚氨酯泡沫，所得到泡沫陶瓷的性能均劣于本发明的方法制备的泡沫陶瓷。

Claims (6)

1.浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：
a、将泡沫浸渍在羧甲基纤维素钠水溶液中，取出，去除多余的羧甲基纤维素钠水溶液并干燥；
b、将a步骤干燥后的泡沫浸渍在木质素磺酸钙水溶液中，取出，去除多余的木质素磺酸钙水溶液并干燥；
c、将b步骤干燥后的泡沫浸渍在聚乙烯亚胺水溶液中，取出，去除多余的聚乙烯亚胺水溶液并干燥；
d、将c步骤干燥后的泡沫浸渍在混合溶液中，取出，去除多余的混合溶液并干燥；得到处理后的泡沫载体；其中，混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的至少两种；
其中，羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为0.5～5wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1～6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为0.5～5wt％。
2.根据权利要求1所述的浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于：所述混合溶液为体积比1:0.2～5:0.2～5的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液；优选所述混合溶液为体积比1:1:1的羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液。
3.根据权利要求1所述的浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于：所述混合溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、木质素磺酸钙水溶液和聚乙烯亚胺水溶液中的任意两种，以体积比为1:1～5混合；优选以体积比为1:1混合。
4.根据权利要求1～3任一项所述的浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于：所述泡沫为聚氨酯开孔泡沫或聚氯乙烯开孔泡沫；优选为聚氨酯开孔泡沫。
5.根据权利要求1～4任一项所述的浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于：羧甲基纤维素钠水溶液的浓度为1.0wt％；木质素磺酸钙水溶液的浓度为1.6wt％；聚乙烯亚胺水溶液的浓度为1.2wt％。
6.根据权利要求1～4任一项所述的浸渍法制备泡沫陶瓷时泡沫载体的处理方法，其特征在于：所述泡沫陶瓷为于Al2O3基泡沫陶瓷。
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