CN112522997A - 一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用；所述无机隔热材料的增韧剂包括以下组分：氧化钙10重量份～20重量份；氧化镁10重量份～20重量份；氧化锌10重量份～20重量份；无机酸50重量份～60重量份；水1000重量份～2000重量份。与现有技术相比，本发明以氧化钙、氧化镁、氧化锌和无机酸为主要原料，在特定配比条件下实现较好的相互作用，能够在不使用有机粘合剂基础上大幅提高无机纤维的韧性，并且对其他性能无不良影响，适用于无机隔热材料的制备。实验结果表明，采用本发明提供的无机隔热材料的增韧剂制备得到的无机结合纤维纸抗拉强度为0.13MPa～0.56MPa，在直径65mm的圆管上进行卷绕不开裂，柔韧性好，并且燃烧性能优异。

Description

一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及增韧剂技术领域，更具体地说，是涉及一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用。
背景技术
在汽车的发动机和排气管等高温部件上通常用到无机纤维隔热材料。要求该无机纤维隔热材料高温环境下无烟无味，同时应当具有一定的强度和柔韧性。传统的制造方法是，通过引入有机粘合剂制备具有一定柔韧性和强度的隔热材料，但是使用有机结合剂制备的隔热材料在高温环境中通常会产生明火，并伴有强烈的刺激性烟气产生，造成安全隐患。
针对上述技术问题，公开号为CN105829607A的中国专利公开了一种无机纤维纸，包含无机纤维、短切玻璃纤维和粘合剂体系，所述粘合剂体系包含无机和有机粘合剂组分；所述粘合剂体系包含低含量的有机粘合剂，该有机粘合剂向所述无机纤维纸赋予适当的加工性能和拉伸强度而不使纸当用于苛刻的高温环境时发出火焰。上述技术方案存在的缺点是仍然引入了部分有机结合剂，虽然引入的量较少，高温环境下不会产生明火，但是仍然会有异味及烟气产生，存在安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用，本发明提供的无机隔热材料的增韧剂能够在不使用有机粘合剂基础上大幅提高无机纤维的韧性，并且对其他性能无不良影响，适用于无机隔热材料的制备。
本发明提供了一种无机隔热材料的增韧剂，包括以下组分：
氧化钙10重量份～20重量份；
氧化镁10重量份～20重量份；
氧化锌10重量份～20重量份；
无机酸50重量份～60重量份；
水1000重量份～2000重量份。
优选的，所述无机酸选自盐酸、硫酸和磷酸中的一种或多种。
优选的，所述盐酸的质量浓度为36％～37％；所述硫酸的质量浓度为74％～75％；所述磷酸的质量浓度为84％～85％。
优选的，所述氧化钙的密度为3.32g/cm3～3.35g/cm3；所述氧化镁的密度为3.55g/cm3～3.58g/cm3；所述氧化锌的密度为5.5g/cm3～5.6g/cm3。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的无机隔热材料的增韧剂的制备方法，包括以下步骤：
a)将氧化钙、氧化镁和氧化锌依次加入水中，进行搅拌，得到混合物料；
b)将步骤a)得到的混合物料与无机酸混合，进行反应，得到无机隔热材料的增韧剂。
优选的，步骤a)中所述搅拌的速度为400rpm～600rpm，时间为5min～10min。
优选的，步骤b)中所述反应的过程在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为400rpm～600rpm，时间为30min～40min。
本发明还提供了一种无机隔热材料，由包括以下组分的原料制备而成：
无机纤维80wt％～95wt％；
无机结合剂4wt％～15wt％；
增韧剂1wt％～5wt％；
所述增韧剂为上述技术方案所述的无机隔热材料的增韧剂。
优选的，所述无机纤维选自硅酸铝纤维和/或可溶纤维；所述硅酸铝纤维的铝含量≥40wt％；所述可溶纤维的铝含量≤1wt％；所述无机纤维的纤维直径为3μm～5μm。
优选的，所述无机结合剂选自硅溶胶和/或水玻璃；所述硅溶胶的质量浓度为30％～40％；所述水玻璃的质量浓度为20％～30％。
本发明提供了一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用；所述无机隔热材料的增韧剂包括以下组分：氧化钙10重量份～20重量份；氧化镁10重量份～20重量份；氧化锌10重量份～20重量份；无机酸50重量份～60重量份；水1000重量份～2000重量份。与现有技术相比，本发明以氧化钙、氧化镁、氧化锌和无机酸为主要原料，在特定配比条件下实现较好的相互作用，能够在不使用有机粘合剂基础上大幅提高无机纤维的韧性，并且对其他性能无不良影响，适用于无机隔热材料的制备。实验结果表明，采用本发明提供的无机隔热材料的增韧剂制备得到的无机结合纤维纸抗拉强度为0.13MPa～0.56MPa，在直径65mm的圆管上进行卷绕不开裂，柔韧性好，并且燃烧性能优异。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，成本低，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的无机结合纤维纸的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种无机隔热材料的增韧剂，包括以下组分：
氧化钙10重量份～20重量份；
氧化镁10重量份～20重量份；
氧化锌10重量份～20重量份；
无机酸50重量份～60重量份；
水1000重量份～2000重量份。
在本发明中，所述无机隔热材料的增韧剂包括氧化钙、氧化镁、氧化锌、无机酸和水，优选由氧化钙、氧化镁、氧化锌、无机酸和水组成。在本发明中，所述氧化钙为白色粉末状物质，密度优选为3.32g/cm3～3.35g/cm3；所述氧化镁为白色粉末状物质，密度优选为3.55g/cm3～3.58g/cm3；所述氧化锌为白色粉末状物质，密度优选为5.5g/cm3～5.6g/cm3。本发明对所述氧化钙、氧化镁和氧化锌的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述无机酸优选选自盐酸、硫酸和磷酸中的一种或多种，更优选为盐酸、硫酸或磷酸。本发明对所述无机酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述盐酸的质量浓度优选为36％～37％，更优选为37％；所述硫酸的质量浓度优选为74％～75％，更优选为75％；所述磷酸的质量浓度优选为84％～85％，更优选为85％。
在本发明中，所述水优选为去离子水；本发明对此没有特殊限制。在本发明中，所述无机隔热材料的增韧剂包括1000重量份～2000重量份的水，优选为1000重量份～1500重量份。
本发明以氧化钙、氧化镁、氧化锌和无机酸为主要原料，在特定配比条件下实现较好的相互作用，能够在不使用有机粘合剂基础上大幅提高无机纤维的韧性，并且对其他性能无不良影响，适用于无机隔热材料的制备。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的无机隔热材料的增韧剂的制备方法，包括以下步骤：
a)将氧化钙、氧化镁和氧化锌依次加入水中，进行搅拌，得到混合物料；
b)将步骤a)得到的混合物料与无机酸混合，进行反应，得到无机隔热材料的增韧剂。
本发明首先将氧化钙、氧化镁和氧化锌依次加入水中，进行搅拌，得到混合物料。在本发明中，所述氧化钙、氧化镁、氧化锌和水与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
本发明对所述搅拌的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的混料机即可。在本发明中，所述搅拌的速度优选为400rpm～600rpm；所述搅拌的时间优选为5min～10min。
得到所述混合物料后，本发明将得到的混合物料与无机酸混合，进行反应，得到无机隔热材料的增韧剂。在本发明中，所述无机酸与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述反应的过程优选在搅拌条件下进行；即保持步骤a)中搅拌继续进行；所述搅拌的速度优选为400rpm～600rpm；所述搅拌的时间即反应的时间优选为30min～40min。
本发明通过上述反应过程，能够使金属氧化物和无机酸反应产生盐类物质，该金属盐的形态是一种呈鳞片状结构能够均匀包裹在纤维表面的连续相，由于连续相鳞片状结构的存在，使得应用该增韧剂的无机纤维的韧性大幅提高，同时金属阳离子在水中形成高度聚合的多羟基化合物，在湿纸坯成型过程中能够吸附无机结合剂的胶体颗粒，降低了由单纯无机结合剂烘干后带来的刚性强度，最终使制得的无机隔热材料具有相当的韧性。
本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，成本低，具有广阔的应用前景。
本发明还提供了一种无机隔热材料，由包括以下组分的原料制备而成：
无机纤维80wt％～95wt％；
无机结合剂4wt％～15wt％；
增韧剂1wt％～5wt％；
所述增韧剂为上述技术方案所述的无机隔热材料的增韧剂。
在本发明中，所述无机隔热材料包括但不限于无机纤维纸和无机纤维毡；在本发明优选的实施例中，所述无机隔热材料为无机纤维纸。
在本发明中，所述无机隔热材料包括无机纤维、无机结合剂和增韧剂，优选由无机纤维、无机结合剂和增韧剂组成。在本发明中，所述无机纤维优选选自硅酸铝纤维和/或可溶纤维，更优选为硅酸铝纤维或可溶纤维。本发明对所述无机纤维的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，所述硅酸铝纤维的铝含量优选≥40wt％，更优选为40wt％～55wt％；所述可溶纤维的铝含量优选≤1wt％，更优选为0.8wt％。在本发明中，所述无机纤维的纤维直径优选为3μm～5μm。
在本发明中，所述无机结合剂优选选自硅溶胶和/或水玻璃，更优选为硅溶胶或水玻璃。本发明对所述无机结合剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。
在本发明中，所述硅溶胶的质量浓度优选为30％～40％；所述水玻璃的质量浓度优选为20％～30％，更优选为30％。
在本发明中，所述增韧剂为上述技术方案所述的无机隔热材料的增韧剂；利用该增韧剂可以制得韧性好、强度高的无机隔热材料。
本发明对所述无机隔热材料的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的制备无机纤维纸或无机纤维毡的技术方案即可。在本发明优选的实施例中，采用将无机纤维、无机结合剂和增韧剂在水中充分混匀后成型为湿纸坯再烘干的技术方案制备无机纤维纸。在本发明中，所述湿纸坯的厚度优选为0.5mm～12mm。采用本发明提供的无机隔热材料的增韧剂制备得到的无机结合纤维纸抗拉强度为0.13MPa～0.56MPa，在直径65mm的圆管上进行卷绕不开裂，柔韧性好，并且燃烧性能优异。
本发明提供了一种无机隔热材料的增韧剂及其制备方法和应用；所述无机隔热材料的增韧剂包括以下组分：氧化钙10重量份～20重量份；氧化镁10重量份～20重量份；氧化锌10重量份～20重量份；无机酸50重量份～60重量份；水1000重量份～2000重量份。与现有技术相比，本发明以氧化钙、氧化镁、氧化锌和无机酸为主要原料，在特定配比条件下实现较好的相互作用，能够在不使用有机粘合剂基础上大幅提高无机纤维的韧性，并且对其他性能无不良影响，适用于无机隔热材料的制备。实验结果表明，采用本发明提供的无机隔热材料的增韧剂制备得到的无机结合纤维纸抗拉强度为0.13MPa～0.56MPa，在直径65mm的圆管上进行卷绕不开裂，柔韧性好，并且燃烧性能优异。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，成本低，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
称取10重量份密度为3.32g/cm3的氧化钙、10重量份密度为3.55g/cm3的氧化镁和20重量份密度为5.5g/cm3的氧化锌依次加入1000重量份水中，开启搅拌机，搅拌速度为400rpm，搅拌时间10min；待物料搅拌均匀后，向搅拌机中加入60重量份质量浓度为85％的磷酸，继续搅拌30min，经充分反应后制得无机隔热材料的增韧剂。
应用实施例1
称取80重量份的铝含量为40wt％的硅酸铝纤维、15重量份质量浓度为30％的硅溶胶和5重量份实施例1提供的无机隔热材料的增韧剂在水中充分混匀后成型为厚度0.5mm的湿纸坯，烘干后制得具有优良柔韧性和强度的无机结合纤维纸，即无机隔热材料。
图1为本发明实施例1提供的无机结合纤维纸的扫描电镜图；由图1可知，本发明采用的无机隔热材料的增韧剂的形态是一种呈鳞片状结构均匀包裹在所述纤维表面的连续相。
实施例2
称取20重量份密度为3.34g/cm3的氧化钙、20重量份密度为3.57g/cm3的氧化镁和10重量份密度为5.55g/cm3的氧化锌依次加入1500重量份水中，开启搅拌机，搅拌速度为500rpm，搅拌时间8min；待物料搅拌均匀后，向搅拌机中加入50重量份质量浓度为75％的硫酸，继续搅拌35min，经充分反应后制得无机隔热材料的增韧剂。
应用实施例2
称取90重量份的铝含量为0.8wt％的可溶纤维、7重量份质量浓度为40％的硅溶胶和3重量份实施例2提供无机隔热材料的增韧剂在水中充分混匀后成型为厚度3mm的湿纸坯，烘干后制得具有优良柔韧性和强度的无机结合纤维纸，即无机隔热材料。
实施例3
称取15重量份密度为3.35g/cm3的氧化钙、15重量份密度为3.58g/cm3氧化镁和15重量份密度为5.60g/cm3的氧化锌依次加入1500重量份水中，开启搅拌机，搅拌速度为600rpm，搅拌时间5min；待物料搅拌均匀后，向搅拌机中加入55重量份质量浓度为37％的盐酸，继续搅拌40min，经充分反应后制得无机隔热材料的增韧剂。
应用实施例3
称取95重量份的铝含量55wt％的硅酸铝纤维、4重量份质量浓度为30％的水玻璃和1重量份实施例3提供无机隔热材料的增韧剂在水中充分混匀后成型为厚度12mm的湿纸坯，烘干后制得具有优良柔韧性和强度的无机结合纤维纸。
对比例1
称取85重量份的铝含量为40wt％的硅酸铝纤维和15重量份质量浓度为30％的硅溶胶在水中充分混匀后成型为厚度0.5mm湿纸坯，烘干后制得无机结合纤维纸。
对比例2
称取93重量份的铝含量0.8wt％的可溶纤维和7重量份质量浓度为40％的硅溶胶在水中充分混匀后成型为厚度3mm湿纸坯，烘干后制得无机结合纤维纸。
对比例3
称取96重量份的铝含量为55wt％的硅酸铝纤维和4重量份质量浓度为30％的水玻璃在水中充分混匀后成型为厚度12mm湿纸坯，烘干后制得无机结合纤维纸。
对比例4
称取90重量份的铝含量为40wt％的硅酸铝纤维、2重量份的短切玻璃纤维、6重量份的质量浓度为30％的硅溶胶和2重量份的质量浓度为50％的丙烯酸酯乳液在水中充分混匀后成型为厚度3mm湿纸坯，烘干后制得陶瓷纤维纸。
实验例
将本发明实施例1～3制备得到的无机结合纤维纸依次编号为A、B、C，将对比例1～4制备的样品依次编号为D、E、F和G；分别测试样品的体积密度、抗拉强度、柔韧性和燃烧性能，得到如下表所示数据。
表1产品各项性能数据
Figure BDA0002803768390000081
Figure BDA0002803768390000091
表中数据显示，通过使用本发明所述的无机隔热材料的增韧剂制备的无机结合纤维纸(A、B、C)抗拉强度高、柔韧性佳、燃烧性能优异；而对比例1～3制备的样品在相同检测条件下，柔韧性差，对比例4制备的样品在相同检测条件下，燃烧性能差，高温煅烧有烟气及异味产生。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无机隔热材料的增韧剂，其特征在于，包括以下组分：
氧化钙10重量份～20重量份；
氧化镁10重量份～20重量份；
氧化锌10重量份～20重量份；
无机酸50重量份～60重量份；
水1000重量份～2000重量份。
2.根据权利要求1所述的无机隔热材料的增韧剂，其特征在于，所述无机酸选自盐酸、硫酸和磷酸中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的无机隔热材料的增韧剂，其特征在于，所述盐酸的质量浓度为36％～37％；所述硫酸的质量浓度为74％～75％；所述磷酸的质量浓度为84％～85％。
4.根据权利要求1所述的无机隔热材料的增韧剂，其特征在于，所述氧化钙的密度为3.32g/cm3～3.35g/cm3；所述氧化镁的密度为3.55g/cm3～3.58g/cm3；所述氧化锌的密度为5.5g/cm3～5.6g/cm3。
5.一种权利要求1～4任一项所述的无机隔热材料的增韧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将氧化钙、氧化镁和氧化锌依次加入水中，进行搅拌，得到混合物料；
b)将步骤a)得到的混合物料与无机酸混合，进行反应，得到无机隔热材料的增韧剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述搅拌的速度为400rpm～600rpm，时间为5min～10min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述反应的过程在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为400rpm～600rpm，时间为30min～40min。
8.一种无机隔热材料，其特征在于，由包括以下组分的原料制备而成：
无机纤维80wt％～95wt％；
无机结合剂4wt％～15wt％；
增韧剂1wt％～5wt％；
所述增韧剂为权利要求1～4任一项所述的无机隔热材料的增韧剂。
9.根据权利要求8所述的无机隔热材料，其特征在于，所述无机纤维选自硅酸铝纤维和/或可溶纤维；所述硅酸铝纤维的铝含量≥40wt％；所述可溶纤维的铝含量≤1wt％；所述无机纤维的纤维直径为3μm～5μm。
10.根据权利要求8所述的无机隔热材料，其特征在于，所述无机结合剂选自硅溶胶和/或水玻璃；所述硅溶胶的质量浓度为30％～40％；所述水玻璃的质量浓度为20％～30％。
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