CN1546432A - 用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于首先，把有机泡沫体放入HCl溶液中浸泡，然后进行洗涤、干燥；然后，再放入NaOH溶液中浸泡，同时轻轻揉搓，然后进行洗涤、干燥；最后，放入溶胶中浸泡后，离心甩去多余的溶胶，使泡沫体表面覆盖一薄层溶胶，然后直接干燥即可制成用于模板法制备多孔陶瓷的有机模板。采用本发明工艺方法，可极大地增加有机泡沫表面的粗糙度，提高其与水基浆料的相容性，使浆料很容易润湿有机泡沫模板，使多孔陶瓷制备工艺中，挂浆量提高，挂浆更加均匀；从而进一步提高所制备的多孔陶瓷的强度和可靠性。本发明工艺中，可以处理的有机模板有聚氨酯泡沫体、聚乙烯泡沫体或纤维素泡沫等。

Description

用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，采用本发明所提供的工艺方法，可以很容易明显增加有机泡沫表面的粗糙度，提高其与水基浆料的相容性，从而使浆料非常容易润湿有机泡沫体。使多孔陶瓷生产工艺中挂浆过程能够充分地进行，得到结构均匀的泡沫体。属于多孔陶瓷制备领域。

背景技术

多孔陶瓷是一种重要的多功能材料。该类多孔陶瓷被广泛用于流体过滤尤其是熔融金属过滤、高温烟气的处理、催化剂载体、固体热交换器、多孔燃烧器等。此外，它还用于制造金属基-网状陶瓷复合材料。根据使用目的和对材料性能要求的不同，人们已制备出很多材质的网眼多孔陶瓷材料，如氧化硅、氧化铝、莫来石、碳化硅、堇青石、碳化硅/氧化铝、氧化铝/莫来石、氧化铝/氧化锆、莫来石/氧化锆等。

多孔陶瓷材料的制备工艺有很多：挤出成型，添加造孔剂，陶瓷浆料直接发泡，模板法等制备工艺。而模板法中的有机泡沫体浸渍工艺，是一种用陶瓷浆料均匀地涂覆在具有多孔结构的有机泡沫体上，干燥后烧掉有机泡沫体而获得多孔陶瓷。这种工艺特别适合制备高气孔率多孔陶瓷，是制备多孔陶瓷最普遍的一种工艺。相对于其他成型方法，具有工艺简单、成本低的优点。

但是由于浆料是水基的，与有机的泡沫模板相容性很差，所以浆料不能充分润湿泡沫体，使挂浆不均匀，挂浆量不高，生产的多孔陶瓷有很多缺陷：

●有机泡沫体的孔筋上浆料涂覆不均匀。根据有机泡沫体的生产工艺，孔筋的横截面都是凹三角形的，在三个尖锐棱角处很难涂上浆料；并且在孔筋上比较细的部位更难涂上浆料。

●涂覆的不连续性，从而在有机泡沫体挥发后，孔筋表面和内部留下大的裂纹等缺陷。

上述这些非常细、表面具有裂纹的孔筋对载荷非常敏感，在实际应用(如熔融金属液过滤)中会出现应力集中，使材料的结构性能及可靠性大大降低，从而导致灾难性的破坏。

为了增加有机泡沫体与浆料的相容性，国内外对有机泡沫体做了很多处理。至少可列举出下述三种报道：

1 Washbourne、Blome等人(U.S.Pat.No.3972834，U.S.Pat.No.4265659)在有机泡沫体浸渍前对其表面喷石墨纤维、有机纤维等来改善其表面与浆料的粘附性，可使网络孔壁上涂覆的泥浆层增厚；

2 Hargus(U.S.Pat.No.4866011)是通过对有机泡沫表面用粘结剂进行处理，使表面与浆料的粘附性增加，从而使挂浆量提高。

3 在浸渍前，Ravault(U.S.Pat.No.4004933)采用聚合物溶液、二价和三价的金属离子的溶液等对有机泡沫进行表面改性，有机泡沫体在浸渍时，表面的浆料会发生凝聚，从而提高挂浆量，使挂浆更加均匀。

然而以上方法，都有自己的缺点。有机纤维和石墨纤维一般都是不亲水的，这种方法只是通过增加表面的粗糙度来提高润湿性。而后两者并没有考虑到所加的改性剂对浆料会有不利的影响。

发明内容

本发明目的在于提供涉及的一种用于模板法的有机泡沫的处理方法，本方法克服了以上列举的方法的缺点，从两个方面考虑：一方面通过增加表面的粗糙度，来提高浆料对有机泡沫体的润湿；另一方面通过溶胶对表面进行改性。因为溶胶与水基浆料的相容性非常好，所以通过涂覆，就可以增加浆料与有机泡沫体的相容性；而且溶胶是根据浆料成分而定，在烧结过程中会转化为陶瓷的成分，不会对陶瓷产生污染。可以处理的有机模板有多种泡沫体，包括有聚氨酯泡沫体、聚乙烯泡沫体和纤维素泡沫体等。

本发明的主要实施过程是：

1 把有机泡沫体放入HCl酸溶液中进行浸泡，或轻轻揉搓，或球磨浸泡10-30小时，然后进行洗涤、干燥；所使用的HCl酸溶液的浓度为0.5-2mol/L

2 将经酸处理后的有机泡沫放入NaOH碱溶液中进行浸泡，或轻轻揉搓，或球磨浸泡10-30小时，然后进行洗涤、干燥；所使用的NaOH碱溶液的浓度为0.5-2mol/L。

3 再将经(1)(2)处理好的有机泡沫体放入根据浆料成分所选择的溶胶中浸泡1小时后，取出后离心甩去多余的溶胶，使泡沫体表面覆盖一薄层溶胶，然后干燥。

显然，使用的酸溶液和碱溶液处理有机泡沫体浓度不能太高也不能太低；太高会使有机泡沫体受损，太低起不到作用；所用的酸不只局限于HCl，所用的碱不只局限于NaOH，只是HCl、NaOH是最常用的酸和碱，洗涤方便，高温下易挥发，不留下有害杂质。

显然，本发明提供的用于模板法的有机泡沫体的处理工艺具有以下几个优点：

(a)操作简单易行，只需要浸泡处理就可以得到与浆料相容性很好的有机泡沫模板。

(b)本工艺不是单一的从表面粗糙度或者相容性出发，而是从两个方面同时进行改进：一方面通过增加表面的粗糙度，来提高浆料对有机泡沫体的润湿；另一方面通过溶胶对表面进行改性，来增加浆料与有机泡沫体的相容性；从而可以大大的增加挂浆量，提高挂浆的均匀性。

(c)在酸、碱溶液处理过程中，泡沫体中的一些不利于陶瓷成分的杂质会溶于酸、碱，同时起到了净化泡沫体的作用，使所制备的产品成分不会被杂质污染。而如采用高纯度的纤维素泡沫时，可省去酸、碱溶液处理步骤，直接进入第三步溶胶浸渍过程。

(d)溶胶都是根据浆料成分而定，干燥以后会附着在有机泡沫体表面，在后面浸渍过程中不会脱落，烧结过程中会转化为陶瓷成分，不会对陶瓷产生污染。同时，干燥后的溶胶对泡沫体也有一定的支撑作用，提高了泡沫体的弹性，使泡沫体在制备过程中更容易保持原状，不致变形。

附图说明

图1未处理聚氨酯泡沫表面显微照片(右半部分)。

图2经过HCl和NaOH溶液处理后的聚氨酯泡沫表面显微照片。

图3经过硅溶胶处理后的聚氨酯泡沫表面显微结构照片。

图4表面改性前后，挂浆量的变化。

图中纵座标为挂浆量，横座标左右二个黑方块，分别表示表面改性前后挂浆量。

具体实施方式

下面的实例是为了进一步阐明本发明提供的工艺过程实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施例，实施例也并非限制本发明。

所用泡沫为聚氨酯泡沫，其表面的显微照片见图1。图中可以看出未经处理的表面非常光滑，不利于浆料的润湿。

首先，把聚氨酯泡沫放入一球磨罐内，加入适量浓度为1mol/L的HCl酸溶液，球磨24小时，然后取出洗涤，干燥；

然后，将经HCl酸溶液处理过的聚氨酯泡沫放入一球磨罐内，加入适量浓度为1mol/L的NaOH溶液，球磨24小时，然后取出洗涤，干燥。至此，聚氨酯泡沫表面的显微照片见图2。由图中可以看出，经过处理以后泡沫体表面变得粗糙了，这样会使浆料更容易润湿有机泡沫体。

最后，把聚氨酯泡沫放到硅溶胶里面，浸泡3小时，取出干燥后即可用于制备多孔氮化硅陶瓷。处理好的聚氨酯泡沫表面的显微照片见图3。图中可以出干燥后的硅溶胶附着在泡沫表面，而且产生很多的“皱纹”，使表面的粗糙度增加。从而不仅增加了泡沫体与浆料的相容性，同时也增大了表面的粗糙度，使得浆料更容易润湿有机泡沫体。挂浆量如图4所示，提高了35％以上。由于挂浆量的提高使得所得多孔陶瓷结构更加均匀，减少了缺陷的产生。不仅提高了强度，材料的可靠性也得到很大提高。

Claims (6)

1.一种用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于包括三步处理。首先，把有机泡沫体放入HCl酸溶液中浸泡，然后进行洗涤、干燥；然后，再放入NaOH碱溶液中浸泡，同时轻轻揉搓，然后进行洗涤、干燥；最后，放入溶胶中浸泡后，离心甩去多余的溶胶，使泡沫体表面覆盖一薄层溶胶，然后直接干燥即可制成用于模板法制备多孔陶瓷的有机模板。

2.按权利要求1所述的用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于所述的有机的泡沫体为聚氨酯泡沫体、聚乙烯泡沫体、纤维素泡沫体中一种。

3.按权利要求1所述的用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于溶胶为硅溶胶或铝溶胶。

4.按权利要求1所述的用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于HCl酸溶液浓度为0.5-2mol/L，浸泡10-30小时；浸泡是在球磨罐内进行；或轻轻揉搓。

5.按权利要求1所述的用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于NaOH碱溶液浓度为0.5-2mol/L，浸泡10-30小时；浸泡是在球磨罐内进行；或轻轻揉搓。

6.按权利要求1、4或5所述的用于多孔陶瓷制备的有机泡沫模板的处理方法，其特征在于所述的酸溶液不只局限于HCl；所述的碱溶液NaOH不只局限于NaOH。

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