CN112250468A - 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112250468A
CN112250468A CN202011032184.1A CN202011032184A CN112250468A CN 112250468 A CN112250468 A CN 112250468A CN 202011032184 A CN202011032184 A CN 202011032184A CN 112250468 A CN112250468 A CN 112250468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acid
temperature
porous ceramic
powder
self
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011032184.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨高
付冲
梁坚伟
曾宝宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202011032184.1A priority Critical patent/CN112250468A/zh
Publication of CN112250468A publication Critical patent/CN112250468A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635—Compounding ingredients
    • C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/067—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62204—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products using waste materials or refuse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/638—Removal thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明属于无机非金属材料技术领域，公开了一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：将陶瓷粉体、水、酸碱调节剂、有机酸、表面活性剂、有机溶剂和玻璃粉混合球磨，得到浆料；将所述浆料依次经过固化成型、养护、排胶和烧结处理，得到轻质高强的多孔陶瓷材料；将陶瓷材料表面设置疏水层，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。本发明利用乳液模板法在陶瓷中引入微小气孔，同时在陶瓷表面修饰有机硅，从而实现陶瓷材料轻质量，高强度，自清洁等功能的集成；还可以有效的解决现有废玻璃回收技术难的问题，提高了废物回收利用率，因此这种多功能多孔陶瓷材料的制备具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备 方法和应用
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，特别涉及一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业和其他行业的发展，玻璃材料的使用越来越广泛，生产过程中产生的废玻璃粉越来越多，生活中也产生了许多的玻璃废弃物，这不仅对环境造成了污染，而且占用了宝贵的土地资源，增加了环境负荷。将玻璃废弃物进行回收利用，使废玻璃成为一种宝贵的资源，用以生产出人们需要的产品，已经引起社会的高度关注。废玻璃目前主要有3种处置方法：①回收用作重新生产玻璃的原料；②用作二次制品的原料；③填坑掩埋以保持环境清洁。从保护资源的角度出发，第一种处理方法最佳，然而，目前由于我国废旧玻璃回收利用技术相对落后，对于废玻璃大多作为废弃物简单堆放和填埋。废玻璃是不可降解的材料，将其填埋并不是一个好的解决方法。如果能将废玻璃利用起来，制备出生活中需要的产品将具有重大的经济和环境意义。
多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构热导率低、体积密度小，高比表面积，加之陶瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等特点，所以具有隔音、隔热、过滤等功能。可广泛应用于建筑、环保、化学化工、医药医疗、生物、基因工程等领域。目前已经开发了大量的技术来生产高孔陶瓷，包括溶胶凝胶制备工艺，凝胶注模制备工艺.冷冻干燥制备工艺等等。乳液模板和泡沫模板是广泛使用的方法，因为它们适用于各种陶瓷粉体和化学物质，并且可以相对容易地调节孔形态和孔隙率。颗粒稳定的乳液和泡沫是特别有吸引力的模板工艺，因为与表面活性剂稳定的体系相比，它们在干燥过程中提供了更高的机械稳定性和更均匀的孔径分布。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷的制备方法，该方法实现了玻璃废料资源化利用，使之成为新材料制备的原料。
本发明的又一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷；该陶瓷具有质量轻，强度高和自清洁等功能。
本发明的再一目的在于提供一种上述以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷的应用，可以用于家装、道路、桥梁、建筑等领域。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷制备方法，包括以下步骤：
(1)将陶瓷粉体、水、酸碱调节剂、有机酸、表面活性剂、有机溶剂和玻璃粉混合，加入磨球进行球磨，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料依次经过固化成型、养护、排胶和烧结处理，得到轻质高强的多孔陶瓷材料；
(3)将步骤(2)所得轻质高强的多孔陶瓷材料表面设置疏水层，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
步骤(1)所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝陶瓷、氮化硼、氮化硅和氮化铝中的一种以上；所述陶瓷粉体的平均粒径为0.2～10μm。
步骤(1)所述水为去离子水；所述酸碱调节剂为强酸或弱酸，以及强碱；所述酸碱调节剂的用量是将水的pH值调至2；所述有机酸为丙酸或/和戊酸；所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、十八烷基硫酸钠和硬脂酸钠中的一种以上；所述有机溶剂为正辛烷、十六烷和正己烷中的一种以上；所述玻璃粉为市售的废玻璃粉，平均粒径为2.5±0.5um，比重为2.7g/ml
所述强酸为盐酸、硫酸或硝酸；所述强碱为氢氧化钠。
步骤(3)所述疏水层的材质为聚二甲基硅氧烷、硬脂酸、聚四氟乙烯、聚硅氮烷和三甲氧基(1H,1H,2H,2H-十七氟癸基)硅烷中的一种以上，优选为聚二甲基硅氧烷。
步骤(1)所述玻璃粉与陶瓷粉体的质量比为(0.5～2)：1，所述磨球与陶瓷粉体质量比为(0.5～3)：1；所述水的加入量，与陶瓷粉体和玻璃粉质量总和的比为1：(1～3)；所述有机酸的添加量为：每克所述陶瓷粉体和玻璃粉总质量中添加0.01mmol～0.1mmol所述有机酸；所述表面活性剂添加量为每克水添加0.1wt％～10wt％的聚乙烯醇；所述有机溶剂用量为水体积的1～4倍；所述球磨时间为2～12h，优选为5～12h；所述球磨的转速为200～400r/min，优选为250～350r/min。
步骤(2)所述养护是在70％～90％湿度下养护1～7天；所述排胶是以1～5℃/min的速率升温到150～300℃，保温2h，再升温到400～600℃，保温2h；所述烧结的温度为1000℃～1550℃；所述烧结在升温过程中，温度在800℃以下时，升温速度不超过10℃/min，温度在800℃以上时，升温速度不超过5℃/min，最后在最高温度处保温两小时。
步骤(3)所述轻质高强的多孔陶瓷材料表面设置疏水层的方法包括：气相沉积法、物理涂覆或浸泡法；所述气相沉积法的温度为200℃～300℃，优选为250℃，保温时间4～8h；所述物理涂覆和浸泡法的温度为室温。
一种由上述的制备方法制备得到的以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷。
上述的以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷在家装、道路、桥梁、建筑领域中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明利用乳液模板法：首先在有机酸的作用下将陶瓷粉体和玻璃粉体的表面修饰接枝羧基官能团，有利于修饰后的粉体在特定环境下实现自组装，即表面活性剂把有机溶剂(例如正辛烷、十六烷和正己烷中的一种或多种)分割成无数小油滴，粉体包覆小油滴形成自组装(陶瓷粉体包覆有机溶剂)，因此，将球磨乳化后的最终浆料进行成型和烧结，有机溶剂挥发或/和蒸发后，有机溶剂所占据的孔就形成油水分离膜的孔洞，再在表面设置疏水层，形成具有自清洁、轻质高强、耐磨抗压，且绿色环保、可多次重复使用的多孔陶瓷。
(2)本发明的以废玻为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷的制备方法简单，方便，成本低，且实现玻璃废料资源化利用，使之成为新材料制备的原料；实现陶瓷材料轻质量，高强度，自清洁等多功能功能的集成；可以有效的解决现有废玻璃回收技术难的问题，提高了废物回收利用率，因此这种多功能多孔陶瓷材料的制备具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为自清洁轻质高强的多孔陶瓷表面水接触角测试图；
图2为牛奶、咖啡、啤酒、水、酱油滴在自清洁轻质高强的陶瓷表面的形态照片；
图3为自清洁轻质高强的多孔陶瓷的扫描电镜图；
图4为自清洁轻质高强的多孔陶瓷浮在水面上的状态图；
图5为自清洁轻质高强的多孔陶瓷膜经过不同重量的沙子冲击后的疏水角测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中使用的玻璃粉为淘宝(富华矿物材料店铺)购置的废玻璃粉。
实施例1：
1、称取粉体(质量比为1：1的平均粒径为0.2um的氧化铝粉体和平均粒径为2.5um的玻璃粉体)，在球磨罐中再按粉体和水质量比2.7：1的量加入去离子水，用酸碱调节剂将溶剂水的PH调节至2左右。将上述称取的粉体逐勺添加到溶剂中，边加边搅拌，搅拌均匀后，在快速搅拌(300r/min)的状态下，加入丙酸和聚乙烯醇(丙酸的加入量按照每g粉体加入0.04mmol丙酸来计，聚乙烯醇的加入量按照粉体质量的1wt％来计)，搅拌5—10min后，按油水体积比2：1的量添加正辛烷，按磨球与陶瓷粉体质量比1：1加入氧化铝磨球。球磨机的转速300r/min，球磨10h后，将浆料注入模具，24后脱模，脱模后的坯体，室温70％左右湿度下养护2天，以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温2h，再以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h经行排胶。之后经过1550℃高温烧结后得到轻质高强的多孔陶瓷。其中烧结温度是800℃以下，升温速度5℃/min，800℃以上，升温速度3.75℃/min，在最高温度处保温两小时。
2、将烧结后得到的轻质高强的多孔陶瓷，用200目金刚磨盘进行抛光，将陶瓷表面磨平。磨平后，超声清洗15min，置于电热鼓风干燥箱中110℃干燥1h。之后，将胚体通过250℃的气相沉积(将陶瓷膜样品置于培养皿1中，PDMS液体胶水置于培养皿2中，用烧杯倒置盖住培养皿1、2，烧杯口用锡箔纸适当密封，之后整体置于马弗炉中缓慢加热升温到250℃，保温8小时，培养皿2中的PDMS形成蒸汽，在陶瓷样品的表面沉积一层PDMS分子层，气相沉积参数为以7.8℃/min升温至250℃，在250℃下保温8个小时，之后随炉冷)，在样品表面镀上一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)分子，实现疏水处理，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
3、对所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷进行疏水性能测试以及检测材料对不同液体浸润性，结果见图1和图2，图1为自清洁轻质高强的多孔陶瓷表面水接触角测试图，由图1可知，自清洁轻质高强的多孔陶瓷的水接触角，值为160.18°，达到超疏水。图2为牛奶、咖啡、啤酒、酱油、水五种液滴在自清洁轻质高强的多孔陶瓷表面的形态照片，由图2可知，由于具有超疏水性，各种液滴可以近球形形式存在于自清洁轻质高强的多孔陶瓷表面。
4、对所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷进行电镜扫描分析，结果见图3，图3为自清洁轻质高强的多孔陶瓷的扫描电镜图，其内部具有排布整齐类似蜂窝状的大小孔，孔径较小，为0.5～30μm，孔与孔之间含有大量的更小的玻璃相小孔，孔径为0.1～0.5um。这样的结构使得陶瓷膜具有轻质高强的特点，另外由于多孔结构和超疏水性，该陶瓷体积密度很低，将其沉入水底，它很快就浮到了水面，图4为该陶瓷样品漂浮在水面上的状态图。
5、设计了喷沙磨损实验来评估制备的自清洁轻质高强的多孔陶瓷的机械耐用性。精选过40目(粒径0～425μm)的尖角细砂从高25cm高度连续撞击自清洁轻质高强的多孔陶瓷表面，忽略空气阻力，可以算得冲击速度为2.236m/s。具体方法为：沙子重量分别设置为0g、20g、100g、500g，1000g试验并测量不同重量冲击下，陶瓷膜表面疏水性.图5为在不同沙重冲击后疏水角的测试结果。由图5可知，随着沙子重量(冲击时间)的增加，陶瓷膜上的水滴接触角由开始0g时的160.18°相应减小到1kg时的130。05°水接触角，表明自清洁轻质高强的多孔陶瓷经过长时间的冲击磨损后，水接触角保持在130°以上，虽然没有超疏水的效果，但是依然可以保持疏水效果。
6、所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷的密度为0.85g/cm3，孔隙率为66％，水接触角160.18°，耐压强度为117.5MPa。
实施例2
1、称取粉体(质量比为1：2的平均粒径为0.4um的氧化铝粉体和平均粒径为2.5um的玻璃粉体)，在球磨罐中再按粉体和水质量比1：1的量加入去离子水，用酸碱调节剂将溶剂水的pH调节至2。将上述称取的粉体逐勺添加到溶剂中，边加边搅拌，搅拌均匀后，在快速搅拌(300r/min左右)的状态下，加入丙酸和聚乙烯醇(丙酸的加入量按照每g粉体加入0.08mmol丙酸来计，聚乙烯醇的加入量按照粉体质量的2wt％来计)，搅拌5—10min中后，按油水体积比1：1的量添加正辛烷，按磨球与陶瓷粉体质量比1：1加入氧化铝磨球。球磨机的转速350r/min，球磨12h后，将浆料注入模具，24后脱模，脱模后的坯体，室温75％左右湿度下养护3天，以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温2h，再以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h，以1℃/min升温至600℃，保温2h进行排胶。之后经过1550℃高温烧结后得到轻质高强的多孔陶瓷。其中烧结制度是800℃以下，升温速度5℃/min，800℃以上，升温速度2℃/min，在最高温度处保温两小时。
2、将烧结后得到的轻质高强的多孔陶瓷，用200目金刚磨盘进行抛光，将陶瓷表面磨平。磨平后，超声清洗15min，置于电热鼓风干燥箱中110℃干燥1h。之后，将胚体通过300℃的气相沉积(将陶瓷膜样品置于培养皿1中，PDMS液体胶水置于培养皿2中，用烧杯倒置盖住培养皿1、2，烧杯口用锡箔纸适当密封，之后整体置于马弗炉中缓慢加热升温到300℃，保温6小时，培养皿2中的PDMS形成蒸汽，在陶瓷样品的表面沉积一层PDMS分子层，气相沉积参数为以7.8℃/min升温至300℃，在300℃下保温8个小时，之后随炉冷)，在样品表面镀上一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)分子，实现疏水处理，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
3、所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷的密度为0.93g/cm3，孔隙率为65％，水接触角158.39°，耐压强度为61MPa。
实施例3
1、称取粉体(质量比为2：1的平均粒径为0.2um的氧化铝粉体和平均粒径为2.5um的玻璃粉体)，在球磨罐中再按粉体和水质量比2：1的量加入去离子水，用酸碱调节剂将溶剂水的pH调节至2。将上述称取的粉体逐勺添加到溶剂中，边加边搅拌，搅拌均匀后，在快速搅拌(300r/min)的状态下，加入戊酸和聚乙二醇(戊酸的加入量按照每g粉体加入0.08mmol丙酸来计，聚乙二醇的加入量按照粉体质量的2wt％来计)，搅拌5—10min中后，按油水体积比1：1的量添加正十六烷，按磨球与陶瓷粉体质量比1：1加入氧化铝磨球。球磨机的转速350r/min，球磨12h后，将浆料注入模具，24后脱模，脱模后的坯体，室温75％左右湿度下养护3天，以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温2h，再以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h，以1℃/min升温至600℃，保温2h经行排胶。之后经过1550℃高温烧结后得到轻质高强的多孔陶瓷。其中烧结制度是800℃以下，升温速度10℃/min，800℃以上，升温速度4℃/min，在最高温度处保温两小时。
2、将烧结后得到的轻质高强的多孔陶瓷，用200目金刚磨盘进行抛光，将陶瓷表面磨平。磨平后，超声清洗15min，置于电热鼓风干燥箱中110℃干燥1h。之后，将胚体通过200℃的气相沉积(将陶瓷膜样品置于培养皿1中，PDMS液体胶水置于培养皿2中，用烧杯倒置盖住培养皿1、2，烧杯口用锡箔纸适当密封，之后整体置于马弗炉中缓慢加热升温到200℃，保温8小时，培养皿2中的PDMS形成蒸汽，在陶瓷样品的表面并沉积一层PDMS分子层，气相沉积参数为以7.8℃/min升温至200℃，在200℃下保温8个小时，之后随炉冷)，在样品表面镀上一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)分子，实现疏水处理，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
3、所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷的密度为0.92g/cm3，孔隙率为51.2％，水接触角157.75°，耐压强度为137.8MPa。
实施例4
1、称取粉体(质量比为2：1的平均粒径为0.8um的氧化锆粉体和平均粒径为2.5um的玻璃粉体)，在球磨罐中再按粉体和水质量比2.7：1的量加入去离子水，用酸碱调节剂将溶剂水的pH调节至。将上述称取的粉体逐勺添加到溶剂中，边加边搅拌，搅拌均匀后，在快速搅拌(300r/min)的状态下，加入丙酸和聚乙烯醇(丙酸的加入量按照每g粉体加入0.08mmol丙酸来计，聚乙烯醇的加入量按照粉体质量的2wt％来计)，搅拌5—10min中后，按油水体积比1：1的量添加正十六烷，按磨球与陶瓷粉体质量比1：1加入氧化铝磨球。球磨机的转速350r/min，球磨12h后，将浆料注入模具，24后脱模，脱模后的坯体，室温75％左右湿度下养护3天，以1℃/min的升温速率升温至150℃，保温2h，再以1℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h，以1℃/min升温至600℃，保温2h经行排胶。之后经过1550℃高温烧结后得到轻质高强的多孔陶瓷。其中烧结制度是800℃以下，升温速度5℃/min，800℃以上，升温速度3.75℃/min，在最高温度处保温两小时。
2、将烧结后得到的轻质高强的多孔陶瓷，用200目金刚磨盘进行抛光，将陶瓷表面磨平。磨平后，超声清洗15min，置于电热鼓风干燥箱中110℃干燥1h。之后，将胚体通过300℃的气相沉积(将陶瓷膜样品置于培养皿1中，PDMS液体胶水置于培养皿2中，用烧杯倒置盖住培养皿1、2，烧杯口用锡箔纸适当密封，之后整体置于马弗炉中缓慢加热升温到300℃，保温8小时，培养皿2中的PDMS形成蒸汽，在陶瓷样品的表面并沉积一层PDMS分子层，气相沉积参数为以7.8℃/min升温至300℃，在300℃下保温8个小时，之后随炉冷)，在样品表面镀上一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)分子，实现疏水处理，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
3、所得自清洁轻质高强的多孔陶瓷的密度为0.94g/cm3，孔隙率为58.2％，水接触角158.75°，耐压强度为141.48MPa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将陶瓷粉体、水、酸碱调节剂、有机酸、表面活性剂、有机溶剂和玻璃粉混合，加入磨球进行球磨，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料依次经过固化成型、养护、排胶和烧结处理，得到轻质高强的多孔陶瓷材料；
(3)将步骤(2)所得轻质高强的多孔陶瓷材料表面设置疏水层，得到自清洁的轻质高强的多孔陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化锆增韧氧化铝陶瓷、氮化硼、氮化硅和氮化铝中的一种以上；所述陶瓷粉体的平均粒径为0.2～10μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述水为去离子水；所述酸碱调节剂为强酸或弱酸，以及强碱；所述酸碱调节剂的用量是将水的pH值调至2；所述有机酸为丙酸或/和戊酸；所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、十八烷基硫酸钠和硬脂酸钠中的一种以上；所述有机溶剂为正辛烷、十六烷和正己烷中的一种以上；所述玻璃粉为市售的废玻璃粉，平均粒径为2.5±0.5um，比重为2.7g/ml。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述强酸为盐酸、硫酸或硝酸；所述强碱为氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述疏水层的材质为聚二甲基硅氧烷、硬脂酸、聚四氟乙烯、聚硅氮烷和三甲氧基(1H,1H,2H,2H-十七氟癸基)硅烷中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述玻璃粉与陶瓷粉体的质量比为(0.5～2)：1，所述磨球与陶瓷粉体质量比为(0.5～3)：1；所述水的加入量，与陶瓷粉体和玻璃粉质量总和的比为1：(1～3)；所述有机酸的添加量为：每克所述陶瓷粉体和玻璃粉总质量中添加0.01mmol～0.1mmol所述有机酸；所述表面活性剂添加量为每克水添加0.1wt％～10wt％的聚乙烯醇；所述有机溶剂用量为水体积的1～4倍；所述球磨时间为2～12h，所述球磨的转速为200～400r/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述养护是在70％～90％湿度下养护1～7天；所述排胶是以1～5℃/min的速率升温到150～300℃，保温2h，再升温到400～600℃，保温2h；所述烧结的温度为1000℃～1550℃；所述烧结在升温过程中，温度在800℃以下时，升温速度不超过10℃/min，温度在800℃以上时，升温速度不超过5℃/min，最后在最高温度处保温两小时。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述轻质高强的多孔陶瓷材料表面设置疏水层的方法包括：气相沉积法、物理涂覆法或浸泡法；所述气相沉积法的温度为200℃～300℃，保温时间4～8h；所述物理涂覆和浸泡法的温度为室温。
9.一种由权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷。
10.根据权利要求9所述的以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷在家装、道路、桥梁、建筑领域中的应用。
CN202011032184.1A 2020-09-27 2020-09-27 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用 Pending CN112250468A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011032184.1A CN112250468A (zh) 2020-09-27 2020-09-27 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011032184.1A CN112250468A (zh) 2020-09-27 2020-09-27 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112250468A true CN112250468A (zh) 2021-01-22

Family

ID=74233174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011032184.1A Pending CN112250468A (zh) 2020-09-27 2020-09-27 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112250468A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117720362A (zh) * 2023-12-18 2024-03-19 中南大学 液滴状取向多孔压电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN117720362B (zh) * 2023-12-18 2024-05-31 中南大学 液滴状取向多孔压电陶瓷材料及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11240756A (ja) * 1998-02-27 1999-09-07 Kagoshima Pref Gov 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法
JP2002029794A (ja) * 2000-07-14 2002-01-29 Seishin Kogyo Kk 廃棄ガラスを用いた微細骨材等の製造方法および焼結体
CN101239841A (zh) * 2007-02-05 2008-08-13 山东理工大学 陶瓷水洗球的制备方法
US20140370261A1 (en) * 2011-12-06 2014-12-18 Dbfz Deutsches Biomasseforschungszentrum Gemeinnuetzige Gmbh Electronically conductive enamel composition
CN110449035A (zh) * 2019-08-20 2019-11-15 广东工业大学 一种油水分离膜及其制备方法
CN111362705A (zh) * 2020-03-19 2020-07-03 江苏禾吉新材料科技有限公司 一种多孔氮化硅陶瓷及其制备方法
CN111499394A (zh) * 2020-04-22 2020-08-07 上海晶材新材料科技有限公司 一种低温共烧陶瓷生料带及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11240756A (ja) * 1998-02-27 1999-09-07 Kagoshima Pref Gov 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法
JP2002029794A (ja) * 2000-07-14 2002-01-29 Seishin Kogyo Kk 廃棄ガラスを用いた微細骨材等の製造方法および焼結体
CN101239841A (zh) * 2007-02-05 2008-08-13 山东理工大学 陶瓷水洗球的制备方法
US20140370261A1 (en) * 2011-12-06 2014-12-18 Dbfz Deutsches Biomasseforschungszentrum Gemeinnuetzige Gmbh Electronically conductive enamel composition
CN110449035A (zh) * 2019-08-20 2019-11-15 广东工业大学 一种油水分离膜及其制备方法
CN111362705A (zh) * 2020-03-19 2020-07-03 江苏禾吉新材料科技有限公司 一种多孔氮化硅陶瓷及其制备方法
CN111499394A (zh) * 2020-04-22 2020-08-07 上海晶材新材料科技有限公司 一种低温共烧陶瓷生料带及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI LIU等: "Ultrarobust and Biomimetic Hierarchically Macroporous Ceramic Membrane for Oil-Water Separation Templated by Emulsion-Assisted Self-Assembly Method", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *
施利毅主编: "《多孔材料 奇妙的微结构》", 31 January 2018, 上海科学普及出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117720362A (zh) * 2023-12-18 2024-03-19 中南大学 液滴状取向多孔压电陶瓷材料及其制备方法和应用
CN117720362B (zh) * 2023-12-18 2024-05-31 中南大学 液滴状取向多孔压电陶瓷材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007282111B2 (en) A composition and method for making a proppant
AU2006210470B2 (en) A composition and method for making a proppant
US20170050887A1 (en) Thermoset ceramic compositions, inorganic polymer coatings, inorganic polymer mold tooling, inorganic polymer hydraulic fracking proppants, methods of preparation and applications therfore
CN113429867B (zh) 一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法
US8298667B2 (en) Composition and method for making a proppant
US8012533B2 (en) Composition and method for making a proppant
US20120292256A1 (en) Hydrophobic Materials Made By Vapor Deposition Coating and Applications Thereof
US20060162929A1 (en) Lightweight proppant and method of making same
US20170001915A1 (en) Composite Ceramics and Ceramic Particles and Method for Producing Ceramic Particles and Bulk Ceramic Particles
CN110449035B (zh) 一种油水分离膜及其制备方法
WO2006079208A1 (en) Lightweight proppant and method of making same
KR100829487B1 (ko) 자기 타일의 제조방법 및 그로부터 수득되는 자기 타일
Chen et al. Improving relative density and mechanical strength of lunar regolith structures via DLP-stereolithography integrated with powder surface modification process
CN112250468A (zh) 一种以废玻璃为原料的自清洁轻质高强的多孔陶瓷及其制备方法和应用
CN106833043A (zh) 一种透明耐用超疏水新型材料涂层及其制备方法
CN110105871A (zh) 一种以铁铜锰金属盐和纳米二氧化硅为原料的超疏水光热抑冰涂层的制备方法
CN107640905B (zh) 一种硼玻璃防滑颗粒坯体及其制备工艺和防滑钢化玻璃及其制备工艺
AU2013200446B2 (en) A composition and method for making a proppant
CN107572979B (zh) 一种高强度纳米级建筑材料的制备方法
CN102531663A (zh) 一种双层级孔洞的多孔二氧化硅陶瓷及其制备方法
RU2509738C2 (ru) Способ получения аппретированной алюмосиликатной микросферы
CN113816758B (zh) 一种光固化3d打印除湿陶瓷材料及其制备方法
He et al. Effect of control technology on properties of quartz porous brick
CN110467440B (zh) 一种大尺寸管状氧化铝陶瓷的制备方法
Jiang et al. Fabrication of Silicon Carbide Reticulated Porous Ceramics through Organic Foam Infiltration Process

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210122