RU2352544C1 - Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material - Google Patents
Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352544C1 RU2352544C1 RU2007148455/03A RU2007148455A RU2352544C1 RU 2352544 C1 RU2352544 C1 RU 2352544C1 RU 2007148455/03 A RU2007148455/03 A RU 2007148455/03A RU 2007148455 A RU2007148455 A RU 2007148455A RU 2352544 C1 RU2352544 C1 RU 2352544C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- highly porous
- production
- temperature
- polyurethane foam
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области химической технологии высокопористых материалов с сетчато-ячеистой структурой, в частности к способу получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала, и может быть использовано в химической промышленности для изготовления носителей катализаторов и элементов теплозащиты, в массообменных процессах и т.д.The present invention relates to the field of chemical technology of highly porous materials with a mesh-cellular structure, in particular to a method for producing a highly porous cellular glass-crystalline material, and can be used in the chemical industry for the manufacture of catalyst supports and thermal protection elements, in mass transfer processes, etc.
В последнее время все большую популярность среди макропористых материалов завоевывают высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) на основе различных видов керамики и металлов. Такие материалы применяются для фильтрации горячих воздушных потоков и расплавов металлов, изготовления носителей катализаторов и элементов теплозащиты, в массообменных процессах и т.д. Подобные материалы характеризуются развитой удельной поверхностью и малой кажущейся плотностью (Анциферов В.Н. Применение ячеистых высокопористых материалов. / В.Н.Анциферов, М.Ю.Калашников // Экология и пром. России. - 1997. - №II. - С.14-17).Recently, highly porous cellular materials based on various types of ceramics and metals have gained increasing popularity among macroporous materials. Such materials are used for filtering hot air currents and molten metals, the manufacture of catalyst carriers and thermal protection elements, in mass transfer processes, etc. Such materials are characterized by a developed specific surface area and a low apparent density (VV Antsiferov. Use of highly porous cellular materials. / V.N. Antsiferov, M.Yu. Kalashnikov // Ecology and industry of Russia. - 1997. - No. II. - C .14-17).
Известен способ получения неорганических пористых материалов на основе стекла и стеклокерамики путем золь-гель перехода, имеющих взаимосоединенные непрерывные макропоры со средним диаметром более 0,1 мм и имеющих мезопоры на стенках указанных макропор со средним диаметром 2-100 нм. Этот способ предусматривает растворение растворимого в воде полимера или другого порообразующего агента и исходного вещества для агента, растворяющего матрицу в среде, которая способствует гидролизу металлорганических соединений. Смешивание металлорганического соединения, которое содержит гидролизуемые лиганды, в среде, способствующей реакции гидролиза. Твердение смеси происходит через золь-гель переход, при котором образуется гель, имеющий трехмерные взаимодействующие фазные области, одна из которых богата растворителем, а другая неорганическим компонентом, содержащим поверхностные поры. Далее происходит отверждение агента, растворяющего матрицу, не содержащего исходного вещества. При этом агент, растворяющий матрицу, изменяет структуру неорганического компонента. Затем происходит сушка и/или термообработка и наконец обжиг геля до образования пористого материала.A known method of producing inorganic porous materials based on glass and glass ceramics by sol-gel transition, having interconnected continuous macropores with an average diameter of more than 0.1 mm and having mesopores on the walls of these macropores with an average diameter of 2-100 nm. This method involves dissolving a water-soluble polymer or other pore-forming agent and a starting material for an agent that dissolves the matrix in a medium that promotes the hydrolysis of organometallic compounds. Mixing an organometallic compound that contains hydrolyzable ligands in a medium conducive to a hydrolysis reaction. The hardening of the mixture occurs through a sol-gel transition, in which a gel is formed having three-dimensional interacting phase regions, one of which is rich in solvent, and the other is an inorganic component containing surface pores. Then, the curing agent dissolving the matrix does not contain the starting material. In this case, the matrix dissolving agent changes the structure of the inorganic component. Then drying and / or heat treatment takes place and finally the gel is fired to form a porous material.
В качестве неорганического компонента используют кремнезем (SiO2), a в качестве исходного вещества, агента, растворяющего матрицу-мочевину (карбамид) или любое другое соединение, содержащее амидную или алкиламидную группу.Silica (SiO 2 ) is used as the inorganic component, and urea matrix (urea) or any other compound containing an amide or alkylamide group is used as the starting material, agent.
В качестве порообразующего агента используют нейтральные ПАВ (пат. США 6207098 В, кл. 264/414 от 27.03.2001 г.).As a pore-forming agent, neutral surfactants are used (US Pat. US 6207098 B, class 264/414 of 03/27/2001).
Однако этот способ не позволяет получать ячеистые стеклокристаллические материалы с характерным размером пор (ячеек) от 0,5 до 4 мм.However, this method does not allow to obtain cellular glass-crystalline materials with a characteristic pore (cell) size of from 0.5 to 4 mm.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокопористых керамических изделий с сетчато-ячеистой структурой путем пропитки полимерной матрицы (полиуретана) шликером, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды, с последующей сушкой и нанесением на полученную заготовку алюмозоля или хлорида алюминия без или с введением активных добавок при рН 4+2. Затем изделия высушивают и обжигают при температуре 1450-1500°С (пат. РФ №2294317, кл. С04В 38/00 от 15.03.07).The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing highly porous ceramic products with a mesh-cellular structure by impregnation of a polymer matrix (polyurethane) with a slip consisting of a dispersed phase and a dispersion medium, followed by drying and applying to the resulting workpiece an aluminosol or aluminum chloride without or with the introduction of active additives at pH 4 + 2. Then the products are dried and fired at a temperature of 1450-1500 ° C (US Pat. RF No. 2294317, CL 38B 38/00 from 03/15/07).
Однако этот способ требует больших затрат на сырьевые материалы и электроэнергию.However, this method requires high costs for raw materials and electricity.
Задачей изобретения является обеспечение возможности получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала необходимой формы, уменьшение энергозатрат на получение продукта и удешевление исходного сырья.The objective of the invention is to provide the possibility of obtaining highly porous cellular glass crystalline material of the required form, reducing energy consumption for obtaining the product and cheapening the feedstock.
Поставленная задача решается способом получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала путем пропитки полимерной матрицы, состоящей из пенополиуретана, раствором шликера, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды, с последующей сушкой и нанесением на полученную заготовку золя с дальнейшей сушкой и высокотемпературной обработкой, причем в качестве шликера используют стекло, измельченное в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=(2-3):(1-1,3):(2,5-3), полученное путем варки компонентов шихты, состоящей из SiO2, СаСО3, MgO, Na2СО3, Al2О3, Fe2О3, Cr2О3 с получением дисперсной фазы, состоящей из стекла, включающего следующие компоненты в мас.%:The problem is solved by the method of obtaining a highly porous cellular glass crystal material by impregnating a polymer matrix consisting of polyurethane foam, a slip solution consisting of a dispersed phase and a dispersion medium, followed by drying and applying a sol to the resulting billet with further drying and high-temperature processing, and use as a slip glass crushed in a ball mill to a dispersed state of less than 10 microns, with the ratio grinding body: glass: H 2 O (dist.) = (2-3) :( 1-1.3) :( 2.5-3), Acquiring by cooking the mixture components consisting of SiO 2, CaCO 3, MgO, Na 2 CO 3, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, Cr 2 O 3 to form a dispersed phase consisting of glass comprising the following components in wt. %:
SiO2 - 53-70;SiO 2 - 53-70;
CaO - 10,3-18,8;CaO - 10.3-18.8;
MgO - 19,2-28,8;MgO - 19.2-28.8;
а также сверх 100%:and also in excess of 100%:
Na2О - 5,0-7,0;Na 2 O - 5.0-7.0;
Fe2O3 - 5,0-7,0;Fe 2 O 3 - 5.0-7.0;
Al2О3 - 6,0-8,0;Al 2 O 3 - 6.0-8.0;
Cr2O3 - 0,7-1,5Cr 2 O 3 - 0.7-1.5
и 5-7% водный раствор поливинилового спирта в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла: ПВС), а высокотемпературная обработка пропитанной шликером пенополиуретановой органической матрицы включает стадии спекания и кристаллизации при температуре 800-830°С с временем выдержки 1,5-3 часа.and a 5-7% aqueous solution of polyvinyl alcohol in the ratio of 70:30 (wt.% glass powder: PVA), and high-temperature treatment of slip-impregnated polyurethane foam organic matrix includes sintering and crystallization stages at a temperature of 800-830 ° C with a holding time of 1.5 -3 hours.
Пример 1Example 1
Сырьевая база для получения ячеистого стеклокристаллического материала состоит из стекла, кристаллизация которого проходит в области пироксенов. После смешивания сырьевых материалов в газовой печи варят стекло при температуре 1480°С. Состав полученного стекла SiO2=70,0 мас.%, Na2O=7,0 мас.%, СаО=10,3 мас.%, MgO=19,7 мас.%, Al2О3=7,0 мас.%, Fe2O3=5,0 мас.%, Cr2О3 0,7 мас.%. Оксиды Na2O, Al2О3, Fe2О3, Cr2O3 в состав стекла вводятся сверх 100%. После варки полученное стекло измельчали в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=2,0:1:2,5. Измельченное стекло смешивали с 5% водным раствором поливинилового спирта (ПВС) в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла : ПВС) до образования устойчивой шликерной суспензии. Заготовки пенополиуретана (ПНУ) с размером ячеек от 1,5-4,0 мм пропитывали полученным шликером. Избыток шликера отжимали. Заготовку сушили в муфельной печи при температуре 100°С в течение 80 мин. Далее заготовку погружали в золь кремниевой кислоты и снова сушили в сушильном шкафу при температуре 150°С 1,5 часа. Высокотемпературная обработка полученных после последней сушки образцов проводилась в печи с карбидокремниевыми электродами при 810°С с выдержкой 3 часа для прохождения процесса кристаллизации. В процессе кристаллизации идет выделение пироксеновых твердых растворов на основе диопсида. Полученный материал обладает кажущейся плотностью 0,28 г/см3, пористостью 90%, прочностью при сжатии 0,6 МПа, объемной усадкой 8%, размером ячеек 1,0-3,5 мм, потерей в весе при кипячении в конц. HCl - 1,2%.The raw material base for producing a cellular glass-crystalline material consists of glass, the crystallization of which takes place in the pyroxene region. After mixing the raw materials in a gas furnace, glass is boiled at a temperature of 1480 ° C. The composition of the obtained glass SiO 2 = 70.0 wt.%, Na 2 O = 7.0 wt.%, CaO = 10.3 wt.%, MgO = 19.7 wt.%, Al 2 O 3 = 7.0 wt.%, Fe 2 O 3 = 5.0 wt.%, Cr 2 O 3 0.7 wt.%. Oxides Na 2 O, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 are introduced into the glass composition in excess of 100%. After cooking, the resulting glass was crushed in a ball mill to a dispersed state of less than 10 μm, with a ratio of grinding body: glass: H 2 O (dist.) = 2.0: 1: 2.5. The ground glass was mixed with a 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol (PVA) in a ratio of 70:30 (wt.% Powder of glass: PVA) until a stable slip suspension was formed. Billets of polyurethane foam (PNU) with a mesh size of 1.5-4.0 mm were impregnated with the obtained slip. The excess slip was squeezed. The billet was dried in a muffle furnace at a temperature of 100 ° C for 80 min. Next, the preform was immersed in a sol of silicic acid and again dried in an oven at a temperature of 150 ° C for 1.5 hours. The high-temperature processing of the samples obtained after the last drying was carried out in a furnace with silicon carbide electrodes at 810 ° C for 3 hours to pass the crystallization process. In the process of crystallization, pyroxene solid solutions based on diopside are released. The resulting material has an apparent density of 0.28 g / cm 3 , porosity of 90%, compressive strength of 0.6 MPa, volumetric shrinkage of 8%, mesh size of 1.0-3.5 mm, weight loss when boiling in conc. HCl - 1.2%.
Пример 2:Example 2:
После смешивания сырьевых материалов варят стекло при температуре 1500°С. Состав полученного стекла SiO2=60,0 мас.%, CaO=11,8 мас.%, MgO=28,2 мас.%, Na2O=5,0 мас.%, Al2O3=8,0 мас.%, Fe2O3=7,0 мас.%, Cr2O3 1,2 мас.%. Оксиды Na2O, Al2O3, Fe2О3, Cr2O3 в состав стекла вводятся сверх 100%. После варки полученное стекло измельчали в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=3,0:1,3:3,0.After mixing the raw materials, glass is boiled at a temperature of 1500 ° C. The composition of the obtained glass SiO 2 = 60.0 wt.%, CaO = 11.8 wt.%, MgO = 28.2 wt.%, Na 2 O = 5.0 wt.%, Al 2 O 3 = 8.0 wt.%, Fe 2 O 3 = 7.0 wt.%, Cr 2 O 3 1.2 wt.%. Oxides Na 2 O, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 are introduced into the glass composition in excess of 100%. After cooking, the resulting glass was crushed in a ball mill to a dispersed state of less than 10 microns, with a ratio of grinding body: glass: H 2 O (dist.) = 3.0: 1.3: 3.0.
Измельченное стекло смешивали с 7% водным раствором ПВС в соотношении 70:30 мас.% (порошок стекла: ПВС) до образования устойчивой шликерной суспензии. Заготовки пенополиуретана размером 0,5-2,5 мм пропитывали полученным шликером. Далее все как в примере 1. Высокотемпературная обработка проводилась при температуре 830°С с выдержкой 1,5 часа. В процессе кристаллизации идет выделение пироксеновых твердых растворов на основе диопсида. Технические характеристики полученного высокопористого стеклокристаллического материала:The ground glass was mixed with a 7% aqueous solution of PVA in a ratio of 70:30 wt.% (Glass powder: PVA) until a stable slip suspension was formed. Preforms of polyurethane foam with a size of 0.5-2.5 mm were impregnated with the obtained slip. Further, everything is as in example 1. High-temperature processing was carried out at a temperature of 830 ° C with a shutter speed of 1.5 hours. In the process of crystallization, pyroxene solid solutions based on diopside are released. Technical characteristics of the obtained highly porous glass crystal material:
Как видно из примеров, полученный высокопористый ячеистый стеклокристаллический материал обладает высокими физико-химическими свойствами. Анализ полученных результатов показывает возможность получения высокопористых ячеистых материалов из стекла путем кристаллизации по заданному температурно-временному режиму. В качестве основных кристаллических фаз выделяются пироксеновые твердые растворы на основе диопсида, придающие данному материалу высокие физико-химические свойства. По сравнению с прототипом данный способ позволяет получать высокопористые ячеистые материалы с меньшими затратами на температурную обработку (снижение максимальной температуры термообработки с 1500°С до 830°С) и на сырьевые материалы (в 1,5-2 раза).As can be seen from the examples, the obtained highly porous cellular glass crystal material has high physicochemical properties. An analysis of the results shows the possibility of obtaining highly porous cellular materials from glass by crystallization according to a given temperature-time regime. Pyroxene solid solutions based on diopside are distinguished as the main crystalline phases, which impart high physicochemical properties to this material. Compared with the prototype, this method allows to obtain highly porous cellular materials with lower costs for heat treatment (lowering the maximum heat treatment temperature from 1500 ° C to 830 ° C) and for raw materials (1.5-2 times).
Claims (1)
а также сверх 100%:
и 5-7%-ный водный раствор поливинилового спирта в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла:ПВС), а высокотемпературная обработка пропитанной шликером пенополиуретановой матрицы включает стадии спекания и кристаллизации при температуре 800-830°С с временем выдержки 1,5-3 ч. A method for producing a highly porous cellular glass-crystalline material, comprising impregnating a polymer matrix (polyurethane foam) with a slip solution consisting of a dispersed phase and a dispersion medium based on polyvinyl alcohol, followed by drying and calcination to remove the organic component, applying a drying sol to the resulting preform, and further high-temperature processing, characterized in that as a slip, glass is used, crushed in a ball mill to a dispersed state of less than 10 microns, with the ratio of the grinding body: glass: H 2 O dist = (2-3) :( 1-1.3) :( 2.5-3) obtained by cooking the components of the mixture at a temperature of 1450-1500 ° C to obtain a dispersed phase consisting of glass, including the following components, wt.%:
and also in excess of 100%:
and a 5-7% aqueous solution of polyvinyl alcohol in the ratio of 70:30 (wt.% glass powder: PVA), and the high-temperature treatment of slip-impregnated polyurethane foam matrix includes sintering and crystallization stages at a temperature of 800-830 ° C with a holding time of 1, 5-3 hours
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007148455/03A RU2352544C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007148455/03A RU2352544C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2352544C1 true RU2352544C1 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007148455/03A RU2352544C1 (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2352544C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569651C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Method for obtaining ceramic block-cellular filters-sorbents for trapping gaseous radioactive caesium |
-
2007
- 2007-12-27 RU RU2007148455/03A patent/RU2352544C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569651C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Method for obtaining ceramic block-cellular filters-sorbents for trapping gaseous radioactive caesium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zong et al. | Preparation of anorthite-based porous ceramics using high-alumina fly ash microbeads and steel slag | |
Mao et al. | Porous ceramics with tri-modal pores prepared by foaming and starch consolidation | |
WO2018006835A1 (en) | High temperature-resistant light-weight thermal-insulating material having duel porous structure and preparation method therefor | |
Shi et al. | In-situ synthesis and properties of cordierite-bonded porous SiC membrane supports using diatomite as silicon source | |
US20140179509A1 (en) | Porous glass ceramic composition and method for manufacturing the same | |
CN102746022B (en) | Preparation method for Al2O3 ceramic material having controllable bimodal porous structure | |
CN103467072B (en) | A kind of preparation method of light microporous corundum ceramic | |
Liu et al. | A novel approach to fabricate porous alumina ceramics with excellent properties via pore-forming agent combined with sol impregnation technique | |
MX2011002888A (en) | Method for making porous mullite-containing composites. | |
CN106542846A (en) | A kind of preparation method of high-specific surface area high-strength alumina foamed ceramics | |
CN101074161B (en) | Aluminum titanate-mullite cellular ceramic and its production | |
CN108484149A (en) | A kind of NaA molecular sieve film support preparation method | |
CN116693324B (en) | Preparation method of lightweight heat-insulating aluminum titanate porous ceramic with multistage pore structure | |
CN103641503A (en) | Anti-erosion mullite brick for blast furnace and preparation method thereof | |
Luan et al. | Hierarchically cell-window structured porous cordierite prepared by particle-stabilized emulsions using potato starch as a modifier | |
CN110510990A (en) | Function boccaro filter core pottery and preparation method thereof | |
CN101104564A (en) | Technique for producing high-performance ceramic heat-storing sphere | |
RU2352544C1 (en) | Method for production of highly porous cellular glass-ceramic material | |
CN104072190B (en) | A kind of preparation method of SiC porous ceramics | |
CN110128163B (en) | Method for preparing cordierite porous ceramic material by using waste catalyst | |
CN106747574B (en) | A kind of microwave kiln Si2N2O wave transparent-heat-insulation integrative inner lining material and preparation method thereof | |
RU2351573C2 (en) | Method for making filter foamed ceramics | |
CN110193382A (en) | The method for preparing the adjustable reticulated ceramics catalyst carrier of porosity using concave convex rod | |
CN105924138A (en) | Preparation method of fine-aperture foamed ceramic | |
JP4159343B2 (en) | Porous sintered body and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101228 |