CN115724631B - 一种多功能化多孔浇注料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能化多孔浇注料的制备方法，具有制备工艺简单、气孔率高、孔径可调的特点，通过水泥的成型特性结合不同金属有机化合物可以应对不同生产设备所产生的不同污染物的过滤及降解，气孔均匀，过滤降解效果好；通过成型注模，可设计多种模具尺寸以适应不同场合的需要，应对不同生产设备的使用，提供了工业生产过程中污染物处理的新方法；该多功能化多孔浇注料除具有隔热、隔音、过滤等功能外，还赋予污染物净化、降解或增加其导电性等其它功能。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种多功能化多孔浇注料的制备方法。
背景技术
无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。目前，国家加大材料发展力度，传统单一功能的材料已不能满足工业生产的需要，在各种新材料的设计和制造过程中，对材料多功能化的需求更加迫切。
传统多孔浇注料可用作结构材料，仅具有结构上的功能，如隔热、过滤、隔音等，研究人员一直致力于其多功能化的加持，开发其具有某些特殊的性能，可作为功能材料，如用作气、液污染物的净化材料、气敏材料、催化剂载体、降解材料等。目前该材料的功能化主要是以制备成品后再在其表面负载或后处理等方式赋予其更多的性能，如催化降解功能，需要通过多孔坯体成型后经过浸渍、涂覆或水热工艺，在材料的表面或内部负载二氧化钛前驱体，但其制备方法繁琐且负载不均匀，亟需一种制备过程简单、生产时间短、成本低，一步制备均匀的多孔浇注料。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种多功能化多孔浇注料的制备方法，具有制备工艺简单、气孔率高、孔径可调的特点，并可设计多种模具尺寸以适应不同场合的需要。该多功能化多孔浇注料除具有隔热、隔音、过滤等功能外，还赋予污染物净化、降解或增加其导电性等其它功能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种多功能化多孔浇注料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将水泥、陶瓷粉体、水、分散剂、乳化剂、有机溶剂和金属有机化合物（酯类化合物、金属络合物）混合，得到混合前驱体；
步骤二、将上述混合浆料经浇注、脱模、干燥后即可得到多功能化多孔浇注料。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，磷酸盐水泥中的一种或多种。
优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化铬粉体中的一种或多种。
优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
优选的，所述乳化剂为N-十二烷基二甲胺及其他胺衍生物、季铵盐、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯和聚乙烯醇中的一种或多种。
优选的，所述有机溶剂为正辛烷、正庚烷、环己烷、环己酮中的一种或多种。
优选的，所述金属有机化合物为钛酸四丁酯、锆酸四丁酯、三乙基铝、贵金属络合物（如铂络合物、金络合物）、二烷氧基镁中的一种或多种。
优选的，所述水、分散剂、乳化剂、有机溶剂和金属有机化合物分别占陶瓷粉体和水泥质量总和的：15%～100%，0.1%～5%，0.1%～50%，5%～500%和1%～50%。
优选的，所述陶瓷粉体与水泥的质量比为0.5～20:1。
优选的，所述步骤一中的混料方法包括球磨法、研磨法、机械搅拌法。
所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化铬粉体中的一种或多种。添加陶瓷粉体，增大了材料的强度及体积密度，且高温下原位生成超低热膨胀系数化合物，能显著提高材料抗热震性，同时兼具良好的高温强度。且非氧化物具有不润湿的特点，对改善浇注料因渗透而堵塞具有积极作用，提高其使用寿命。
不同分散剂的加入对材料的加水量和流动性有显著影响，可有效降低加水量并且具有良好的流动性和排气性。
加入乳化剂一方面使有机溶剂和金属有机化合物乳化成为分散油滴，水泥固化后油滴分散在基质中，经过干燥有机溶剂挥发留下孔洞，实现了造孔，使用乳液法在基质内形成独特的微气孔，金属有机化合物热解后在孔洞内部附载；气孔率的调节可通过有机溶剂的加入量调控，水和固体物质的质量保持不变时，增加有机溶剂的量可显著调节材料的气孔率。另一方面溶解金属有机化合物使其均匀分散，干燥后实现均匀表面功能化；同时实现了乳液法微孔和表面功能化，一步制备均匀的多功能化多孔浇注料。
加入金属有机化合物是提供新型功能化物质，如污染物净化、降解或增加其导电性等其它功能。
本发明制备的多功能化多孔浇注料，具有制备工艺简单、气孔率高、孔径可调的特点，通过水泥的成型特性结合不同金属有机化合物可以应对不同生产设备所产生的不同污染物的过滤及降解，气孔均匀，过滤降解效果好；通过成型注模，可设计多种模具尺寸以适应不同场合的需要，应对不同生产设备的使用，提供了工业生产过程中污染物处理的新方法；该多功能化多孔浇注料除具有隔热、隔音、过滤等功能外，还赋予污染物净化、降解或增加其导电性等其它功能。
附图说明：
图1、为实施例4试样的显微结构。
具体实施方式
实施例1：
按水、焦磷酸钠、吐温80、正辛烷、钛酸四丁酯、氧化铝粉体、铝酸盐水泥质量比为50:1:1:50:2:80:40进行配料。倒入球磨罐中球磨，球磨机转速设置为200r/min，运行时间设置为30min。浇注于模具中，1天后脱模，自然干燥7天后既得到多孔的浇注料。试样的气孔率为58%，将其应用于高温烟尘过滤，压降为150Pa，PM2.5截留率超98%，且气体得到有效降解。
实施例2：
按水、三乙基己基磷酸、季铵盐、正辛烷、三乙基铝、氧化硅粉体和硅酸盐水泥的质量比为20:1:0.8:80:5:70:10进行配料，倒入球磨罐中球磨，球磨机转速设置为200r/min，运行时间设置为5min。取出浇注于模具中，置于湿度为90%的环境下养护，7天后脱模，然后自然干燥7天后既得到多孔的浇注料。试样的气孔率为75%。
实施例3：
按水、甲基戊醇、聚乙烯醇、正庚烷、铂络合物、氧化锆和铝酸盐水泥的质量比为30:2:1:60:2:60:40进行配料，倒入球磨罐中球磨，球磨机转速设置为200r/min，运行时间设置为10min。浇注于模具中，1天后脱模，自然干燥7天后既得到多孔的浇注料。试样的气孔率为68%，将其应用于高温烟尘过滤，压降为115pa，PM2.5截留率超96%，且气体得到有效降解。
实施例4：
按水、焦磷酸钠、聚氧丙烯醚、正庚烷、二烷氧基镁、氧化铬和铝酸盐水泥的质量比为40:0.8:0.6:80:8:70:30，倒入球磨罐中球磨，球磨机转速设置为200r/min，运行时间设置为10min。浇注于模具中，1天后脱模，自然干燥7天后既得到多孔的浇注料。试样的气孔率为68%，将其用于钢包用透气砖，其平均孔径小于10μm，氩气气泡小于30μm。
实施例5：
按水、三聚磷酸钠、聚氧丙烯醚、正庚烷、三乙基铝、氧化铝和铝酸盐水泥的质量比为40:1:1:40:8:80:20，倒入球磨罐中球磨，球磨机转速设置为200r/min，运行时间设置为10min。浇注于模具中，1天后脱模，自然干燥7天后既得到多孔的浇注料。试样的气孔率为51%，将其用于钢包用透气砖，其平均孔径小于6μm，氩气气泡小于20μm。
以上实施例是本发明优选的实施方式，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将水泥、陶瓷粉体、水、分散剂、乳化剂、有机溶剂和金属有机化合物混合，得到混合前驱体；
其中水、分散剂、乳化剂、有机溶剂和金属有机化合物分别占陶瓷粉体和水泥质量总和的比例为：15%～100%，0.1%～5%，0.1%～50%，5%～500%和1%～50%，陶瓷粉体与水泥的质量比为0.5～20:1；
金属有机化合物为钛酸四丁酯、锆酸四丁酯、三乙基铝、铂络合物、金络合物、二烷氧基镁中的一种或多种；
步骤二、将上述混合前驱体经浇注、脱模、干燥后即可得到多功能化多孔浇注料；
使用乳液法在基质内形成独特的微气孔，金属有机化合物热解后在孔洞内部附载；同时实现了乳液法微孔和表面功能化，一步制备均匀的多功能化多孔浇注料。
2.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化铬粉体中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：乳化剂为N-十二烷基二甲胺及其他胺衍生物、季铵盐、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯和聚乙烯醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：有机溶剂为正辛烷、正庚烷、环己烷、环己酮中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种多功能化多孔浇注料的制备方法，其特征在于：步骤一中的混合方法包括球磨法、研磨法、机械搅拌法。
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