CN116514566A - 一种全陶瓷膜元件组合专用高温无机胶及组合工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，它主要用于粘结平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头，并制备成全陶瓷膜元件，该胶主要由锌硼硅玻璃粉、市售无机胶、无机材料和少量保水增强剂组成，该胶经高温烧成将陶瓷膜和集水堵头粘合成一个整体，硼硅玻璃粉胶膨胀系数小于陶瓷膜和集水堵头，且控制在硼硅玻璃粉膨胀系数为陶瓷膜的膨胀系88～94（%）之间，用高温无机胶粘合平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头，在干燥、烧结、冷却中、特别是使用一般时间后，始终不会有膜开裂或从粘胶剂与膜接触线处断裂。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，特别是涉及环保陶瓷膜专用高温无机胶及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，污水物排放越来越广泛；同时人民对美好生活的追求越来越强烈且自信，环保意识越来越强；废物资源化方兴未艾，国家出台了“水十条”、“气十条”等一系列污染防控政策。因此，在污染防控治理以及污染物、废弃物资源化方面会越来越有市场，越来越有前景，大有可为。
在污染防控中陶瓷膜一直扮演者十分重要的角色，以后必将在净水、污水和废气净化、酸碱及有机溶剂净化和回收或高温环境中大展拳脚。这就需要一种全陶瓷的膜元件来承担此重任，目前现有的全陶瓷膜元件技术中还存在着一些问题，在生产和使用过程中主要存在以下问题：①、当用无机胶粘合的平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头制成全陶瓷膜元件，在干燥、烧结、冷却中会有部分膜开裂或从粘胶剂与膜接触线处较整齐的断裂；②、上述全陶瓷膜元件还会在使用一段时间后，由于膜吸湿膨胀及长期运行，无机胶粘合的全陶瓷膜元件仍然存在有部分膜开裂或从粘胶剂与膜接触线处较整齐的断裂的问题。
发明内容
针对上述现有技术中用无机胶粘合的平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头制成的全陶瓷膜元件在干燥、烧结、冷却中有部分膜开裂或从粘胶剂与膜接触线处较整齐的断裂的问题，本发明提供了一种用于粘合由平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头组合制成的全陶瓷膜元件使用的高温无机胶，其全陶瓷膜元件在干燥、烧结、冷却中、特别是使用一般时间后，始终不会有膜开裂或从无机胶与膜接触线处断裂的问题。
一种全陶瓷膜元件组合专用高温无机胶，它由70~90wt份膨胀系数为全陶瓷膜元件膨胀系数88~94%的锌硼硅玻璃粉，10-30wt份含水60~85%的无机胶，40份以下的无机材料，0.1-0.5wt份保水增强剂混合、充分搅拌均匀，排除气体后制备而成。
一种全陶瓷膜元件专用高温无机胶组合的工艺方法：选用本发明所述的高温无机胶将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头粘接组合制成全陶瓷膜元件后，将全陶瓷膜元件干燥定型，干燥后再置入窑炉中烧结保温，再冷却出炉，烧结时，所述烧结温度高于玻璃始熔温度20～80℃，保温0.5～3小时；在冷却时，在玻璃转化形成的软化温度Tg处或高于Tg10～50℃处保温0.5～3小时，使玻璃体析出微晶，再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温。
所述锌硼硅玻璃粉化学组成范围如下：
Sio2：30.0~60.0(wt%)，Al2O3：0.5~5.0(wt%)
B2O3：10.0-30.0(wt%)，K2O+Na2O：1.0~15.0(wt%)
ZnO：13.0~30.0(wt%)，ZrO2：0~5.0(wt%)
TiO2：1.0~10.0(wt%)， CaO：0.1~30.0(wt%)
MgO：0~5.0(wt%)， 其它：0~2.0(wt%)
所述无机胶为市售硅溶胶、铝溶胶、磷酸二氢铝胶、水玻璃之一或其复合。
所述保水增强剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟甲基纤维素或
其它纤维素。保水增强剂主要作用是保水，增加低温粘结强度。
所述无机材料为纳米SiO2、Al2O3（含刚玉）、硅酸盐矿物、磷酸盐矿物、玻璃或陶瓷等短纤维。
所述锌硼硅玻璃粉的膨胀系数为全陶瓷膜元件膨胀系数的88~94%，即锌硼硅
玻璃粉的膨胀系数比全陶瓷膜元件的膨胀系数小6～12%，最好是小8～10%。
本发明所述全陶瓷膜元件包括平板陶瓷膜和与平板陶瓷膜两端相配合的陶瓷集水堵头。
本发明所述一种全陶瓷膜元件组合工艺方法：选用本发明所述的高温无机胶将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头组合粘好后，将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头粘接组合制成的全陶瓷膜元件组合体干燥定型，干燥后再将组合体置入窑炉中烧结保温，再冷却出炉，烧结时，所述烧结温度为610～800℃，高于玻璃始熔温度（600～750℃） 20～80℃，保温0.5～3小时；在冷却时，在玻璃转化形成的软化温度Tg400-500℃处或高于Tg10-50℃处保温0.5～3小时，使玻璃体析出微晶，再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温。
本发明分析了现有全陶瓷膜元件有部分膜开裂或从粘胶剂与膜接触线处有较整齐的断裂，导致膜系统不能工作的主要原因是：①、现有无机粘合剂与陶瓷膜之间的应力太大，膨胀系数不匹配，陶瓷集水堵头由于是做成了吸水率近零的致密材质，强度大，而陶瓷膜是陶质多孔材质，强度较低，当应力超过一定值后，膜就会以开裂或断裂的形式表现出来；②、全陶瓷膜元件中粘结剂烧结温度过高，刚性填料用量过大，低膨胀玻璃用量太少，在冷却过程中累积应力过大，在烧结冷却时不能释放应力，残余应力一直存在；③、处理污水溶液时，膜产生吸湿膨胀，以及在频繁反吹再生中，加之原先残余应力的叠加，膜开裂或断裂就会自然发生。
针对以上问题，本发明所采取的技术方案是：①、加大低膨胀玻璃（这里采用锌硼硅玻璃）用量，甚至用量接近100%；通过试验测试锌硼硅玻璃膨胀系数比全陶瓷膜元件的膨胀系数低6～12（%）、最好为范围8～10（%），过高过低均导致开裂和脱开。锌硼硅玻璃粉的膨胀系数通过调其组成中的Sio2、B2O3、ZnO等主要原料来调节，锌硼硅玻璃膨胀系数的调节按下述要求进行：组成中氧化硅提高，膨胀系数降低，氧化硼（小于15%）提高，膨胀系数降低，当氧化锌和氧化硅反应形成硅酸锌并析出微晶，一是可降膨胀系数，还可提高玻璃的强度。
②、在热处理烧结时，由于采用锌硼硅玻璃，烧结温度降低到800℃以下，膜、胶、集水堵头之间累积应力大大减少且降低了烧结成本；同时在玻璃形成软化温度Tg处，保温一段时间（0.5～3小时），再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温，这样在合适的膨胀系数匹配下，使陶瓷膜和集水堵头处在合适的压应力中，在使用时，外力首先需抵消膜的压应力，从而解决了全陶瓷元件中膜易开裂的问题。
实施方式
本无机胶粘结的平板陶瓷膜和陶瓷膜集水堵头最好为同一材质，化学组成相差不也应太大。下面举例说明
实施例一，一种全陶瓷膜元件组合专用高温无机胶，它由80wt份膨胀系数为全陶瓷膜元件膨胀系数90%的锌硼硅玻璃粉，15wt份含水75%的硅溶胶，10份的纳米SiO2粉，0.5wt份羟丙基甲基纤维素（保水增强剂）混合、充分搅拌均匀，排除气体后制备而成，本明所述的高温无机胶耐高温为200～500℃.
选用实施例一制成的本发明所述的高温无机胶将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头粘接组合制成全陶瓷膜元件20件后，将全陶瓷膜元件在150℃干燥2小时定型，干燥后再置入窑炉中烧结保温，烧结时，所述烧结温度为700℃，保温2小时；再冷却，当冷却到玻璃转化的软化温度Tg450℃时,保温1.5小时，使玻璃体析出微晶，再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温。
使用验证：用实施例一制成的高温无机胶将平板陶瓷膜与陶瓷集水堵头粘接组合成全陶瓷膜元件20件，全陶瓷膜元件在干燥、烧结、冷却中没有发现膜开裂，也未发现从粘胶剂与膜接触线处断裂的现象。
实施例二，一种全陶瓷膜元件组合专用高温无机胶，它由90wt份膨胀系数为全陶瓷膜元件膨胀系数92%的锌硼硅玻璃粉，25wt份含水70%的铝溶胶和水玻璃的混合物（二者重量各占50%)，25wt份的玻璃短纤维，0.2wt份羟甲基纤维素（保水增强剂）混合、充分搅拌均匀，排除气体后制备而成。
选用实施例二制成的本发明所述的高温无机胶将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头粘接组合制成全陶瓷膜元件后，将全陶瓷膜元件在150℃干燥2小时定型，干燥后再置入窑炉中烧结保温，烧结时，所述烧结温度为730℃，保温2.5小时；再冷却，当冷却到玻璃转化的软化温度Tg480℃时,保温2小时，使玻璃体析出微晶，再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温。
使用验证：用实施例一制成的高温无机胶将平板陶瓷膜与陶瓷集水堵头粘接组合成全陶瓷膜元件30件，全陶瓷膜元件在干燥、烧结、冷却中没有发现膜开裂，也未发现从粘胶剂与膜接触线处断裂的现象。由实施例二制成的全陶瓷膜元件缺点成的平板膜过滤框过滤废水使用，使用3个月后，没有发现膜开裂，也未发现从粘胶剂与膜接触线处断裂的现象。
Claims (6)
1.一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：它由70~90wt份膨胀系数为全陶瓷膜元件88～94%的锌硼硅玻璃粉，10～30wt份含水60～85%的无机胶，40份以下的无机材料，0.1～0.5wt份保水增强剂混合、充分搅拌均匀，排除气体后得到高温无机胶，再用高温无机胶按下述工艺方法将平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头粘接组合、干燥、烧成和冷却制成全陶瓷膜元件：当用高温无机胶将平板陶瓷膜、陶瓷集水堵头粘好后、干燥和烧结，所述烧结温度定高于玻璃始熔温度 5～30℃，保温0.5～3小时；在冷却时，在玻璃转化形成的软化温度Tg处保温0.5～3小时，使玻璃体析出微晶，再一次释放应力，使膜、胶、堵头间应力降至最低，最后缓慢冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：高温无机胶粘结的平板陶瓷膜和陶瓷集水堵头为同一材质。
3.根据权利要求1所述的一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：所述锌硼硅玻璃粉化学组成范围如下：
Sio2：30.0~60.0wt%
Al2O3：0.5~5.0wt%
B2O3：10.0-30.0wt%
K2O+Na2O：1.0~15.0wt%
ZnO：13.0~30.0wt%
ZrO2：0~5.0wt%
TiO2：1.0~10.0wt%
CaO：0.1~30.0%wt
MgO：0~5.0wt%
其它：0~2.0wt%。
4.根据权利要求1所述的一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：所述无机胶为市售硅溶胶、铝溶胶、磷酸二氢铝胶、水玻璃或其之一或其复合。
5.根据权利要求1所述的一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：保水增强剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素或羟甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的一种全陶瓷膜元件组合用高温无机胶，其特征在于：无机材料为SiO2、Al2O3、硅酸盐矿物、磷酸盐矿物、玻璃或陶瓷短纤维。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005154246A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-06-16 | Toyo Glass Co Ltd | 融着用ガラス材料 |
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| CN113121116A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-16 | 景德镇陶瓷大学 | 一种微晶玻璃焊料及其制备方法和连接氧化铝陶瓷的方法 |
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2023
- 2023-03-23 CN CN202310289905.4A patent/CN116514566A/zh active Pending
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