CN1125003C - 一种采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法 - Google Patents

Abstract

本发明采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法，以现行挤压成型法为基础，特征是在湿坯制作时加入由丙烯酰胺(AM)与N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)组成的有机单体及其引发剂，挤压成型后加热使湿坯体中的有机单体聚合交联；采用本方法，湿坯的干燥过程容易控制，可避免产生变形和裂纹等缺陷，缩短干燥时间；生坯强度高，便于机械加工；可改善制品质量，提高成品率。

Description

一种采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法

技术领域：

本发明属于陶瓷成型工艺技术领域。

背景技术：

荷兰出版的《无机膜科学技术的基本原理》(“Fundamentals of InorganicMembrane Science and Technology”，A.J.Burggraaf和L.Cot编著，Elsevier Science B.V.出版社，1996)119-123页和英国出版的《脱盐》杂志(Desalination，70(1988)395-404)报道过用挤压成型法制备单通道和多通道的多孔陶瓷，基本程序包括原料的称取混合、真空练泥、均化形成坯料、在挤压机中挤压成型、干燥和烧成。上述现有挤压成型法的主要缺陷是：

(1)、挤压成型的湿坯制件干燥过程不易控制，易产生变形与裂纹，尤其是蜂窝状多通道的产品更是如此。其原因正如乔治W.舍瑞(George W.Sherer)发表在《美国陶瓷会志》(J.Am.Ceram.Soc.，73(1)3-14(1990)上的“干燥理论”一文中所指出的，由于干燥性质取决于坯料组成，而现行挤压成型工艺的配料组成控制往往停留在经验基础上，常常因为不当的控制导致干燥性质变坏；

(2)、现行工艺中采用的粘结剂是热固性的有机高分子化合物，如纤维素类和淀粉等，这类粘结剂的粘结强度不高，因而单纯使用粘结剂干坯强度不高，后机械加工处理时易发生破损；

(3)、由于湿坯制件在干燥过程中易变形，以及干燥后的干坯强度低而不易加工，难以保证尺寸精度，降低了成品率。

发明内容：

本发明的目的是提出一种采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法，以克服现有技术的上述缺陷。

这种采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法，以现行挤压成型法为基础，包括陶瓷坯体原料的称取、混合、真空练泥、均化、形成湿坯料、真空挤压、干燥和烧成；其特征是在湿坯制作时加入有机单体及其引发剂，挤压成型后加热至40--100℃，保温2分钟至2小时。

所述陶瓷坯体原料包括陶瓷粉料、抗絮凝剂、粘结剂、造孔剂、润滑剂和水；

所述陶瓷粉料可以是氧化铝、氧化锆、莫来石、碳化硅、堇青石、氧化硅、复合氧化物功能陶瓷粉料或其混合物；

所述抗絮凝剂可从聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸及其可溶性盐类、聚乙烯醇、聚乙二醇中选择，用量为陶瓷粉料重量的0.5--1.5％；

所述粘结剂可从淀粉、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素中选择，用量为陶瓷粉料重量的5--15％；

所述造孔剂为在室温至100℃范围内呈固态的、灼烧无残留的有机化合物，包括碳粉、聚乙烯粉、淀粉；用量为陶瓷粉料重量的5--20％；如果使用的造孔剂是非水溶性的，其粒度最好小于陶瓷粉料的粒径，以免微结构不均匀；

所述润滑剂从硬脂酸及其可溶性盐类和甘油中选择，用量为陶瓷粉料重量的0.5--1％；

所述有机单体由丙烯酰胺(AM)与N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)按重量之比W_MBAM/W_AM为0.2--0.4组成；可以固体形式加入到物料混合物中，其加入量为坯料重量的2.5--12％；或以重量浓度为10--30％的有机单体水溶液的形式加入到物料混合物中，有机单体水溶液用量占坯料重量的25--40％；

所述引发剂选用过硫酸铵((NH₄)₂S₂O₈)或过硫酸钾(K₂S₂O₈)，引发剂的用量一般为有机单体重量的0.1--1％；优选过硫酸铵，因其在热处理时可完全分解、无残留；

所述均化是将真空练泥后的坯料在室温下密封放置不少于1天；

所述的干燥温度一般为室温至110℃；采用热风或微波加热可加快干燥速度；采用低于室温的冷冻干燥对制品更为有利。

本发明将挤出的湿坯加热至温度为40--100℃，保温时间2分钟至2小时，以使湿坯体中的有机单体聚合交联。

与现有挤压成型法相比，由于本发明方法采用有机单体聚合反应交联形成三维网状结构，将湿坯中陶瓷粉料和添加剂牢固地结合起来，从而提高了湿坯的强度，使干燥过程易控，坯体不易开裂和变形，且缩短了干燥时间；干燥后的坯体强度高，在灼烧前可以按所需形状和精度进行机械加工，从而改善了制品质量，提高了成品率；完全分散于坯体中的有机单体，对粘结剂有增塑作用，从而改善了坯料的流变性质；当有机单体聚合反应交联成为高分子化合物后，又充当了造孔剂，因此可减少其他造孔剂的用量；同时有机单体为水溶性体系，避免了使用有机溶剂对环境的污染；利用本发明方法，真空挤出单通道或多通道的湿管坯，可以得到孔隙率大于30％，平均孔径在0.1--15微米范围内可调，微结构均匀且强度高的单通道或蜂窝状多通道的多孔陶瓷。

具体实施方式：

实施例1：取平均粒径d50＝60μm的氧化铝粉5000g，碳粉750g，丙烯酰胺250g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺50g，羧甲基纤维素500g，聚丙烯酸3.0g，硬脂酸25g，蒸馏水1570ml，过硫酸铵1.5g，在混料机中混料；然后于真空练泥机中练泥得到塑性坯料；在室温下密闭放置1天；在真空挤压机中挤压，得到单通道和7通道管状湿坯；在烘箱中加热至60℃，固化20分钟；然后在80℃干燥5小时；干燥好的坯体置于高温炉中，从室温升温到1700℃，保温5小时，然后随炉冷却，得到单通道和7通道管状氧化铝质多孔陶瓷；采用阿基米德排水法测得孔隙率为43％；以泡点法(氮气为工作气体)测得平均孔径为15μm。

实施例2：取堇青石粉(d₅₀＝0.3μm)5000g，三聚氰胺粉500g，硬脂酸钠50g，聚乙二醇3.5g，丙烯酰胺300g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺120g，淀粉750g，蒸馏水2500ml，过硫酸钾1.0g，在混料机中混料，于真空练泥机中练泥，得到塑性坯料；在室温下密闭放置2天，在真空挤压机中挤压得到的湿坯；在90℃固化15分钟，然后冷却至室温，吹风干燥9小时；干燥好的坯体置于高温炉中，从室温升温到1280℃，保温3小时，然后随炉冷却，得到堇青石质多孔陶瓷；以实施例1所述方法测得孔隙率为45％，平均孔径为0.15μm。

实施例3：取氧化锆粉(d₅₀＝4μm)5000g，聚丙烯粉750g，甘油25g，丙烯酰胺250g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺25g，甲基纤维素500g，蒸馏水2500ml，过硫酸铵0.3g，在混料机中混料，进行真空练泥得到塑性坯料；在室温下密闭放置1天；在真空挤压机中挤压；得到的湿坯在50℃固化60分钟，然后在60℃干燥7小时；干燥好的坯体置于高温炉中，从室温升温到1600℃，保温10小时，然后随炉冷却；得到孔隙率为44％，平均孔径为1.0μm的氧化锆质多孔陶瓷。

Claims (1)

1、一种采用高分子聚合交联固化的多孔陶瓷挤压成型法，以现行挤压成型法为基础，包括陶瓷坯体原料的称取、混合、真空练泥、均化、形成湿坯料、真空挤压、干燥和烧成；其特征是在湿坯制作时加入有机单体及其引发剂，挤压成型后加热至40--100℃，保温2分钟至2小时；所述有机单体由N，N’-亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺按重量之比为0.2-0.4组成；有机单体用量占坯料重量的2.5％-12％；所述引发剂选用过硫酸铵或过硫酸钾。