CN116396087B - 一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents

一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷砖技术领域，特别是涉及一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其制备方法。本发明公开了一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，所述改性托贝莫来石纤维，以重量份为单位，包括以下原料：托贝莫来石晶须50‑80份、褐粉煤灰20‑40份、铝矾土10‑20份。所述托贝莫来石晶须的制备方法，包括以下步骤：按照重量粉比，将托贝莫来石晶须、褐粉煤灰、铝矾土一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为50‑150g/L碱液，液固比为1‑5mL/g，反应温度为100‑200℃，反应2‑4小时；反应结束后，进行洗涤、烘干，得到改性托贝莫来石纤维。本发明公开的方法，将改性托贝莫来石纤维加入硅藻土陶瓷砖中，生坯强度、抗折强度均有较大程度的提升。

Description

一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其 制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷砖技术领域，特别是涉及到一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
近年来随着人们的生活水平不断提高，室内空气污染日益明显，甲醛、苯、二甲苯等有机污染已是司空见惯，因此引起的身体伤害也时有发生。因此，祛除居室污染、创造一个绿色安全的居室环境成为当务之急。为了适应人们的需求，相关环保建材应运而生。
以硅藻土为主要原料制备的硅藻土陶瓷砖，除了具有不含有害物质、防水、阻燃、隔音、隔热等优点外，还具有保湿、除味、净化空气等特殊功能，因此在室内家居装饰中具有极大的应用潜力，并引起了广泛的关注。
从现有国内外文献及已公开的专利来看，现有的以硅藻土陶瓷砖，由于多为1100℃以下低温烧结，砖体抗折强度较低，很难达到相关国家标准要求，因此如何在降低生产烧结温度的同时提高其强度是目前研究的重点方向。
在硅藻土陶瓷砖生产过程中，由于质地松软、多孔的硅藻土的大量加入，造成砖体生坯强度降低，坯体烘干后，生坯破损率高。因此如何提高硅藻土陶瓷砖的生坯强度，也是生产过程中，亟待解决的问题。
托贝莫来石(tobermorite)又称雪硅钙石，是指钙硅比为5:6的水合硅酸钙，是一簇水合硅酸钙的总称。以水化硅酸钙5CaO·6SiO2·5H2O为主体的托贝莫来石，呈片状或针状，平均密度170-220kg/m3，莫氏硬度为2.5，抗折强度大于0.3MPa，耐热温度650℃；以化学式为5CaO·6SiO2·9H2O型的托贝莫来石，在无二氧化碳的空气中加热至55±5℃时，变成5CaO·6SiO2·5H2O型托贝莫来石，超过730℃，则托贝莫来石晶体转变成硅灰石。
托贝莫来石晶须在添加到陶瓷砖中，通过其纤维结构以及晶体结构中结合水、结构水和-OH基团间氢键作用，能够提高生坯强度。但是托贝莫来石晶须在高于730℃以上会转换为硅灰石，从而对坯体的抗折强度基本没有帮助。
因此本发明提出了一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，期以改善生坯以及坯体的强度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖及其制备方法，利用托贝莫来石晶须为模板材料，在水热反应釜内，通过碱活化粉煤灰与铝矾土，在托贝莫来石晶须的表面生长和包裹了莫来石层，将该改性托贝莫来石纤维加入硅藻土陶瓷砖中后，无论是生坯强度，还是抗折强度均有较大程度的提升。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种改性托贝莫来石纤维制备低温高强度硅藻土陶瓷砖，所述改性托贝莫来石纤维，以重量份为单位，包括以下原料：托贝莫来石晶须50-80份、褐粉煤灰20-40份、铝矾土10-20份。
所述托贝莫来石晶须的制备方法，包括以下步骤：
按照重量粉比，将托贝莫来石晶须、褐粉煤灰、铝矾土一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为50-150g/L碱液，液固比为1-5mL/g，反应温度为100-200℃，反应2-4小时；反应结束后，进行洗涤、烘干，得到改性托贝莫来石纤维。
作为优选的方案，所述褐粉煤灰的目数为300-400。
作为优选的方案，所述烘干温度为80-90℃，烘干至粉料水分低于1％。
作为优选的方案，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
作为优选的方案，所述高强度硅藻土陶瓷砖的坯体母料，以重量份为单位，包括以下原料：
硅藻土10-40份、改性托贝莫来石纤维1-30份、长石粉1-30份、大成泥10-40份、广润砂1-15份。
作为优选的方案，一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
S1.制备改性托贝莫来石纤维
S2.配置坯料
S3.喷雾造粒
S4.压制和烧结。
作为更优选的方案，在步骤S4中，烧结温度为1050℃，时间30-45min。
作为最优选的方案，在步骤S4中，烧结温度为1050℃，时间40min。
作为更优选的方案，在步骤S4中，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯。
作为更优选的方案，喷雾造粒中，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％。
此外，本发明也提供了一种硅藻土陶瓷砖，所述硅藻土陶瓷砖为上述制备方法制备得到的硅藻土陶瓷砖。
本发明的有益效果是：
通过碱活化粉煤灰法在托贝莫来石晶须表面原位生长与覆盖了莫来石层，形成了双层结构的增强型晶须材料，其中原有托贝莫来石晶须可以提高生坯强度，覆盖的莫来石层提高了陶瓷砖的抗折强度；
添加了改性托贝莫来石纤维，提高了硅藻土陶瓷砖的干坯强度与抗折强度，干坯强度大于2.8MPa，抗折强度大于47MPa，且烧结温度只需要1050℃即可。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如本文所使用的，“和/或”包括任何和一个或多个关联列出项的所有组合的术语。这里使用的术语仅用于描述具体实施例的，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”，“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。进一步理解，“包括”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征，整数，步骤，操作，元素和/或组成，但不排除存在或附加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，组成和/或它们的组合。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属的技术领域中普通技术人员普遍理解的相同的含义。进一步理解，术语，诸如在常用词典中定义，解释与它们在相关领域的环境下的含义一致，并且不是理想化或过于正式的意义，除非这里明确地如此定义。
在此描述的示例性发明可以适当地缺少任何一种或多种要素限制，这里没有特别公开。因此，“包含”，“包括”，“含有”等的术语应被宽泛和非限制性地理解。另外，本文所使用的术语表达被用作描述，没有限制，并且在使用这些不包括任何等价特性的术语表达是无意的，只是描述它们的一部分特性，但是根据权利，在本发明的范围内各种修改是可能。因此，虽然本发明已通过优选实施例和任选特征被具体公开，在此公开的修改以体现的本发明的变化可能会被本领域的技术人员记录，并且这样的修改和变化会被认为在本发明的范围之内。
本发明实施例与对比例中使用的原料或试剂均购自市场主流厂家，未注明生产厂商者或者未注明浓度者，均为可以常规获取的分析纯级的原料或试剂，只要能起到预期的作用，并无特别限制。本实施例中使用的水热反应釜和旋转蒸发仪等仪器设备均购自市场主要厂家，只要能起到预期的作用，并无特别限定。本实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
将托贝莫来石晶须50份、300目的褐粉煤灰20份、铝矾土10份一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为100g/L氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，液固比为5mL/g，反应温度为100℃，反应4小时；
反应结束后，使用真空抽滤，滤饼用热水冲洗5遍，烘干后，得到改性托贝莫来石纤维；
按照质量比称取以下原料：硅藻土10份、改性托贝莫来石纤维5份、长石粉1份、大成泥10份、广润砂1份、在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨8小时，浆液过250目筛余小于1.95％，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％，进行压制，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯；
将砖坯送入辊道窑，1050℃烧结30分钟，制得硅藻土陶瓷砖。
实施例2
一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
将托贝莫来石晶须70份、350目的褐粉煤灰30份、铝矾土15份一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为100g/L氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，液固比为5mL/g，反应温度为150℃，反应3小时；
反应结束后，使用真空抽滤，滤饼用热水冲洗5遍，烘干温度为85℃，烘干至粉料水分低于1％，烘干后，得到改性托贝莫来石纤维；
按照质量比称取以下原料：硅藻土25份、改性托贝莫来石纤维15份、长石粉20份、大成泥30份、广润砂8份、在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨8小时，浆液过250目筛余小于1.95％，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％，进行压制，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯；
将砖坯送入辊道窑，1050℃烧结37分钟，制得硅藻土陶瓷砖。
实施例3
一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
将托贝莫来石晶须65份、300目的褐粉煤灰25份、铝矾土16份一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为100g/L氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，液固比为5mL/g，反应温度为180℃，反应3.5小时；
反应结束后，使用真空抽滤，滤饼用热水冲洗5遍，烘干温度为87℃，烘干至粉料水分低于1％，烘干后，得到改性托贝莫来石纤维；
按照质量比称取以下原料：硅藻土15份、改性托贝莫来石纤维15份、长石粉15份、大成泥25份、广润砂10份、在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨8小时，浆液过250目筛余小于1.95％，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％，进行压制，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯；
将砖坯送入辊道窑，1050℃烧结41分钟，制得硅藻土陶瓷砖。
实施例4
一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
将托贝莫来石晶须60份、300目的褐粉煤灰30份、铝矾土13份一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为100g/L氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，液固比为5mL/g，反应温度为120℃，反应3小时；
反应结束后，使用真空抽滤，滤饼用热水冲洗5遍，烘干温度为85℃，烘干至粉料水分低于1％，烘干后，得到改性托贝莫来石纤维；
按照质量比称取以下原料：硅藻土12份、改性托贝莫来石纤维8份、长石粉3份、大成泥15份、广润砂3份、在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨8小时，浆液过250目筛余小于1.95％，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％，进行压制，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯；
将砖坯送入辊道窑，1050℃烧结35分钟，制得硅藻土陶瓷砖。
实施例5
一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
将托贝莫来石晶须80份、400目的褐粉煤灰40份、铝矾土20份一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为100g/L氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，液固比为5mL/g，反应温度为200℃，反应2小时；
反应结束后，使用真空抽滤，滤饼用热水冲洗5遍，烘干温度为90℃，烘干至粉料水分低于1％，烘干后，得到改性托贝莫来石纤维；
按照质量比称取以下原料：硅藻土40份、改性托贝莫来石纤维30份、长石粉30份、大成泥40份、广润砂15份、在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨8小时，浆液过250目筛余小于1.95％，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％，进行压制，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯；
将砖坯送入辊道窑，1050℃烧结45分钟，制得硅藻土陶瓷砖对比例1
一种制备硅藻土陶瓷砖的方法，包括以下步骤：
按照质量比称取以下原料：硅藻土10份、长石粉30份、大成泥38份、广润砂17份、铝矾土3份，在旋转混料机中预混合，然后加水，送入球磨机中进行球磨制浆，浆液过筛除铁，通过喷雾塔喷雾造粒，压坯，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯。将砖坯干燥后，送入辊道窑，1100℃烧结45分钟，制得硅藻土陶瓷砖。
将实施例1-5以及对比例1制备得到的硅藻土陶瓷砖进行干坯强度、抗折强度的检测，结果汇总至下表1
表1
实施例 干坯强度(MPa) 抗折强度(MPa) 烧结温度(℃)
实施例1 2.8 48.2 1050
实施例2 3 49.3 1050
实施例3 3.1 47.7 1050
实施例4 2.9 50.4 1050
实施例5 3.5 51.3 1050
对比例1 0.92 28.5 1100
从表1可以看出，实施例1-实施例5，由于添加了改性托贝莫来石纤维，提高了硅藻土陶瓷砖的干坯强度与抗折强度，制备得到的硅藻土陶瓷砖干坯强度大于2.8MPa，抗折强度大于47MPa；在制备过程中烧结温度只需要1050℃即可。而对比例1，由于没有添加改性托贝莫来石纤维，干坯强度仅为0.92MPa，抗折强度为28.3MPa，烧结温度为1100℃。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明作的等效变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之中。

Claims (10)

1.一种改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：所述改性托贝莫来石纤维，以重量份为单位，包括以下原料：托贝莫来石晶须50-80份、褐粉煤灰20-40份、铝矾土10-20份；
所述改性托贝莫来石纤维的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份比，将托贝莫来石晶须、褐粉煤灰、铝矾土一起加入水热反应釜中，同时加入浓度为50-150g/L碱液，液固比为1-5mL/g，反应温度为100-200℃，反应2-4小时；反应结束后，进行洗涤、烘干，得到改性托贝莫来石纤维。
2.根据权利要求1所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：所述褐粉煤灰的目数为300-400。
3.根据权利要求1所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：所述烘干温度为80-90℃，烘干至粉料水分低于1％。
4.根据权利要求1所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
5.根据权利要求1所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：所述高强度硅藻土陶瓷砖的坯体母料，以重量份为单位，包括以下原料：
硅藻土10-40份、改性托贝莫来石纤维1-30份、长石粉1-30份、大成泥10-40份、广润砂1-15份。
6.根据权利要求1所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.制备改性托贝莫来石纤维
S2.配置坯料
S3.喷雾造粒
S4.压制和烧结。
7.根据权利要求6所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：在步骤S4中，烧结温度为1050℃，时间30-45min。
8.根据权利要求6所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：在步骤S4中，得到压坯，过干燥窑后，形成硅藻土陶瓷砖通体砖坯。
9.根据权利要求6所述的改性托贝莫来石纤维制备高强度硅藻土陶瓷砖的方法，其特征在于：喷雾造粒中，喷雾塔粉料水分控制在6.8-7.6％。
10.一种硅藻土陶瓷砖，其特征在于，所述硅藻土陶瓷砖为权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的硅藻土陶瓷砖。
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