CN106187117A - 一种基于分支构造氧化铝的隔热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其组成按其重量份包括如下：α‑Al₂O₃ 100份、高铝矾土熟料15～20份、铝酸钙水泥5～8份、磷酸铝溶液22～25份、气相二氧化硅3～6份、水合硅酸镁超细粉5～7份。本发明所得Al2O3隔热材料具有羽绒原有树状分支结构，此结构有利于含蓄大量静止空气，可有效发挥Al2O3的隔热作用。

Description

一种基于分支构造氧化铝的隔热材料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火隔热材料领域，具体涉及一种基于分支构造氧化铝的隔热材料。

背景技术

能源和材料是我国国民经济的基础，同时也是我国国民经济发展的瓶颈，节能已经成为我国的基本国策。我国的建筑能耗约总全国总能耗的30％，在我国建筑业飞速发展的今天，如果不注意节能产品的使用，建筑能耗比例将随着建筑物的增加而增大。使用轻质、保温、隔热的建筑材料是降低能耗的有效措施之一。住建部和公安部于2009年46号及2011年公安部消防局65文规定凡建筑物外墙必须安装使用保温隔热防火达到A级要求的装饰材料。现市场上仅采用国家标准B级的装饰材料，所以研发国家标准A级水平的保温隔热防火材料迫在眉睫。

传统的Al2O3短纤维也常用于隔热材料。传统的Al₂O₃短纤维虽然具有较好的隔热性能，但其结构形貌却不利于含蓄大量静止空气，从而较难获得持久优异的隔热性能。而目前很少有人研究其他形貌的Al₂O₃隔热材料的性能。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作简便的基于分支构造氧化铝隔热材料及其制备方法。

技术方案：为实现本发明目的的技术解决方案为：本发明提供一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其组成按其重量份包括如下：α-Al₂O₃ 100份、高铝矾土熟料15～20份、铝酸钙水泥5～8份、磷酸铝溶液22～25份、气相二氧化硅3～6份、水合硅酸镁超细粉5～7份。

上述α-Al₂O₃的制备方法，步骤如下：

(1)以六水合三氯化铝AlCl₃·6H₂O为原料，以水为溶剂，配制成浓度大于5％的AlCl₃溶液；

(2)将羽绒浸入AlCl₃溶液浸泡大于5分钟，之后取出干燥；

(3)将经步骤(2)干燥的羽绒置有氧气氛中以0.1～20℃/min的升温速率烧结至大于1200℃，保温0～24h，即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的α-Al₂O₃。

进一步的，步骤(1)中所述的AlCl₃溶液的质量浓度优选5～45％。

进一步的，步骤(2)中所述的羽绒为白鸭绒、黑鸭绒、灰鸭绒、鹅绒；浸泡羽绒的时间优选5min～48h。

进一步的，步骤(3)中所述的有氧气氛为空气或纯氧气气氛；升温速率优选1～5℃/min；烧结温度优选1200～1400℃；保温时间优选0.5～2h。

进一步的，所述磷酸铝溶液的浓度质量分数为20％。

上述基于分支构造氧化铝的隔热材料的制备方法：其制备步骤如下：

1)、按重量称取相应原料组分，混合搅拌成料浆，使料浆呈流动性；

2)、将料浆倒入环形模具内，利用振动台振动或手持搅棒捣弄模具内的浆料，使浆料内的气泡充分排除，浆料密实，然后静止凝固；

3)、凝固出模，在室温下干燥20～24小时，再入80℃烘箱干燥26～32小时；

4)、将干燥后的环形坯体放入窑炉内加温至1300℃，保温4～6小时即可出炉。

本发明中羽绒结构呈现出一种树状分支构造，每一根羽绒纤维以绒丝作为主干，绒小枝分布于绒丝周围作为分支，绒小枝上又分布着大小不同的丫形和三角形螯合物。这种结构可含蓄大量静止空气，而空气是热的不良导体，因此此结构对羽绒具有优异的隔热性能起到重要作用。

羽绒经AlCl₃溶液浸泡并烘干后，AlCl₃溶质会均匀包裹于羽绒表面；包裹有AlCl₃的羽绒在加热过程中，AlCl₃会首先与氧发生反应并在羽绒表面形成均匀的Al₂O₃，而羽绒在随后的升温过程中被烧蚀，从而可获得保持羽绒天然树枝状构造的Al₂O₃隔热材料。

有益效果：本发明与现有技术相比：

1)本发明工艺简单，所需制备温度较低，能够减少能耗和人工成本。

2)本发明能够制备的Al₂O₃具有羽绒原有树状分支结构，此结构有利于含蓄大量静止空气，可有效发挥Al₂O₃的隔热作用，通过与本专利中其他组分的共同作用，其隔热效率大大强于现有的纤维材料。

附图说明

图1是本发明中利用羽绒作模板制得的分支构造Al₂O₃隔热材料的微观形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本实施例中所有α-Al₂O₃的制备方法的步骤均如下：

(1)以六水合三氯化铝AlCl₃·6H₂O为原料，以水为溶剂，配制AlCl₃溶液；AlCl₃溶液的质量浓度为5～45％。

(2)将白鸭绒、黑鸭绒、灰鸭绒、鹅绒浸入AlCl₃溶液浸泡5min～48h，之后取出干燥。

(3)将干燥的羽绒置于空气或纯氧气气氛中以1～5℃/min的升温速率烧结至1200～1400℃，保温0.5～2h，即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的α-Al₂O₃隔热材料。

实施例1

一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其组成按其重量份包括如下：α-Al₂O₃100份、高铝矾土熟料20份、铝酸钙水泥8份、磷酸铝溶液22份、气相二氧化硅3份、水合硅酸镁超细粉5份。

α-Al₂O₃的制备方法为：配制质量百分比浓度为5％AlCl₃溶液，将干燥后的白鸭绒浸泡在溶液中5分钟，并加以轻微搅拌，达到加速溶液在羽绒中的分散速度的目的，将浸泡后的白鸭绒在滤网中挤除多余溶液，然后干燥；将干燥后的白鸭绒置于空气中以1℃/min的升温速率烧结至1200℃，保温0.5小时，制得分支构造α-Al₂O₃隔热材料。制得的Al₂O₃微观形貌的扫描电镜照片如图1所示，由图可见，该材料保持了羽绒的树枝状构造。

基于分支构造氧化铝的隔热材料的制备方法：其制备步骤如下：

1)、按重量称取相应原料组分，混合搅拌成料浆，使料浆呈流动性；

2)、将料浆倒入环形模具内，利用振动台振动或手持搅棒捣弄模具内的浆料，使浆料内的气泡充分排除，浆料密实，然后静止凝固；

3)、凝固出模，在室温下干燥24小时，再入80℃烘箱干燥32小时；

4)、将干燥后的环形坯体放入窑炉内加温至1300℃，保温6小时即可出炉。

实施例2

一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其组成按其重量份包括如下：α-Al₂O₃100份、高铝矾土熟料15份、铝酸钙水泥5份、磷酸铝溶液25份、气相二氧化硅6份、水合硅酸镁超细粉7份。

α-Al₂O₃的制备方法为：配制质量百分比浓度为45％的AlCl₃溶液，将干燥后的鹅绒浸泡在溶液中48小时，并加以轻微搅拌，达到加速溶液在鹅绒中的分散速度的目的，将浸泡后的鹅绒在滤网中挤除多余溶液，然后干燥；将干燥后的鹅绒置于纯氧气气氛中以5℃/min的升温速率烧结至1400℃，保温2小时，制得分支状Al₂O₃隔热材料。

基于分支构造氧化铝的隔热材料的制备方法：其制备步骤如下：

1)、按重量称取相应原料组分，混合搅拌成料浆，使料浆呈流动性；

2)、将料浆倒入环形模具内，利用振动台振动或手持搅棒捣弄模具内的浆料，使浆料内的气泡充分排除，浆料密实，然后静止凝固；

3)、凝固出模，在室温下干燥20小时，再入80℃烘箱干燥26小时；

4)、将干燥后的环形坯体放入窑炉内加温至1300℃，保温4小时即可出炉。

实施例3

一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其组成按其重量份包括如下：α-Al₂O₃100份、高铝矾土熟料18份、铝酸钙水泥7份、磷酸铝溶液24份、气相二氧化硅5份、水合硅酸镁超细粉6份。

配制质量百分比浓度为25％AlCl₃溶液，将干燥后的灰鸭绒浸泡在溶液中24小时，并加以轻微搅拌，达到加速溶液在灰鸭绒中的分散速度的目的，将浸泡后的灰鸭绒在滤网中挤除多余溶液，然后干燥；将干燥后的灰鸭绒置于空气中以3℃/min的升温速率烧结至1300℃，保温1小时，制得羽绒状Al2O3隔热材料。

基于分支构造氧化铝的隔热材料的制备方法：其制备步骤如下：

1)、按重量称取相应原料组分，混合搅拌成料浆，使料浆呈流动性；

2)、将料浆倒入环形模具内，利用振动台振动或手持搅棒捣弄模具内的浆料，使浆料内的气泡充分排除，浆料密实，然后静止凝固；

3)、凝固出模，在室温下干燥22小时，再入80℃烘箱干燥30小时；

4)、将干燥后的环形坯体放入窑炉内加温至1300℃，保温5小时即可出炉。

本实施例1～3所示的所制备的隔热材料，相对于传统纤维隔热材料的隔热效率提供了40％。

应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其特征在于：其组成按其重量份包括如下：

α-Al₂O₃ 100份、高铝矾土熟料15～20份、铝酸钙水泥5～8份、磷酸铝溶液22～25份、气相二氧化硅3～6份、水合硅酸镁超细粉5～7份。

2.一种基于分支构造氧化铝的隔热材料，其特征在于：所述α-Al₂O₃的制备步骤如下：

步骤1、配制AlCl₃溶液；

步骤2、将羽绒浸入步骤1中的AlCl₃溶液中浸泡，之后取出干燥；

步骤3、将经步骤2干燥的羽绒置有氧气氛中以0.1～20℃/min的升温速率烧结至大于1200℃，保温0～24h，保温，即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的α-Al₂O₃。

3.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述AlCl₃溶液的质量浓度为5～45％。

4.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述AlCl₃溶液是以六水合三氯化铝AlCl₃·6H₂O为原料，以水为溶剂配制而成。

5.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述磷酸铝溶液的浓度质量分数为20％。

6.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述羽绒在AlCl₃溶液中浸泡时间5min～48h。

7.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述羽绒为白鸭绒、黑鸭绒、灰鸭绒、鹅绒中的一种或者多种。

8.根据权利要求2所述基于分支构造氧化铝的隔热材料：其特征在于：所述步骤3中升温速率为1～5℃/min；所述烧结温度1200～1400℃；所述保温时间优选0.5～2h。

9.一种根据权利要求1～8所述基于分支构造氧化铝的隔热材料的制备方法，其特征在于：其制备步骤如下：

1)、按重量称取相应原料组分，混合搅拌成料浆，使料浆呈流动性；

2)、将料浆倒入环形模具内，利用振动台振动或手持搅棒捣弄模具内的浆料，使浆料内的气泡充分排除，浆料密实，然后静止凝固；

3)、凝固出模，在室温下干燥20～24小时，再入80℃烘箱干燥26～32小时；

4)、将干燥后的环形坯体放入窑炉内加温至1300℃，保温4～6小时即可出炉。