專利名稱：一種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)聚合物材料和泡沫多孔材料領(lǐng)域，特別是涉及一種磷酸或 磷酸鹽基地質(zhì)聚合物多孔材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
地質(zhì)聚合材料分為堿基地質(zhì)聚合材料和磷酸基地質(zhì)聚合材料。堿基地質(zhì)聚 合材料研究比較早，這類材料的應(yīng)用可追溯到古代，即以高嶺土、白云巖或石
灰?guī)r與鹽湖成分Na2C03、草木灰成分K2C03以及硅石的混合物，加水拌和后產(chǎn) 生強(qiáng)堿NaOH和KOH，與其它組分發(fā)生反應(yīng)，生成礦物聚合粘結(jié)劑而制成人造 石。 ，
華南理工大學(xué)的周新濤、蘇達(dá)根等人用中位徑Dso為1.8um的偏高嶺土和 磷酸鹽溶液反應(yīng)制備出7d抗壓強(qiáng)度達(dá)92.5MPa的磷酸(磷酸鹽)基地質(zhì)聚合 物材料，具有良好的中溫穩(wěn)定性，耐火度高達(dá)1550°C。此外周新濤等人以偏 高嶺土為鋁源和硅源，磷酸為磷源用水熱方法合成磷酸硅鋁分子篩，比表面積 為205.9m々g,平均孔徑為9.72nm，屬于介孔材料。廣西大學(xué)的曹德光對磷酸基 地質(zhì)聚合物材料的合成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，制備出28d抗壓強(qiáng)度為59.5MPa的 地質(zhì)聚合物材料。提出了礦物鍵合理論，為磷酸基地質(zhì)聚合物材料的研究提供 重要的理論依據(jù)。并申請了磷酸與鋁硅質(zhì)材料制備礦物鍵合材料及其復(fù)合材料 的方法的專利。
與泡沫多孔材料制備技術(shù)相關(guān)的專利情況如下
專利號為200310114507.1中國發(fā)明公開了一種多晶A1203纖維預(yù)成型體法制備多孔陶瓷的方法。該方法包括原料制備、坯體成型和燒成等步驟(l)將
氧化鋁粉體、粘土、高溫結(jié)合劑、泥漿添加劑按質(zhì)量百分比70—80、 10_15、 4一19、 l一2與水混合后球磨制備成泥漿，再將泥槳、解膠劑與造孔劑混合制 備成填充泥漿；(2)將多晶八1203陶瓷纖維短切，在水中攪拌分散，并加入粘結(jié) 劑制成纖維漿料；(3)將纖維漿料注入模具中制成預(yù)成型體并干燥；(4)將干燥 好的預(yù)成型體放入石膏模，再注入填充泥漿并一起抽真空；(5)將填充泥漿的 預(yù)成型體干燥、高溫?zé)?。該發(fā)明制得的產(chǎn)品強(qiáng)度高，抗熱震性能強(qiáng)，生產(chǎn)工 藝簡單，成品率高，特別適宜高溫煤(煙)氣過濾器用陶瓷過濾元件的工業(yè)化生 產(chǎn)。其不足之處是該多孔陶瓷體的獲得都要經(jīng)過1000°C甚至更高溫度的焙燒， 工藝復(fù)雜，制備成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、工藝簡單、無 毒無污染、原材料來源廣泛的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料及其制備方法。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下 l.一種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，以重量份數(shù)計，多孔材料原料配方由 固相和液相按重量比1:1組成；
固相組成按100份重量份計:偏高嶺土 65-95份，氧化鋁或氫氧化鋁0.5-35 份以及A1粉0.08-0.2份；
液體相組分組成按100份重量份計磷酸52-85份，水15-48份。 上述的氧化鋁或氫氧化鋁的用量為調(diào)節(jié)固相中Al與Si的摩爾比為 1.0-2.0;并控制原料配方中P與Al的摩爾比為1.4-3.4。
上述的偏高嶺土為200目以上的高嶺土原礦粉體或經(jīng)過水洗后的高嶺土在 600-900。C空氣中煅燒2小時以上所得粉體。上述的氧化鋁或氫氧化鋁為細(xì)度大于200目的工業(yè)級粉體；上述的鋁粉為
粒度大于400目的工業(yè)級鋁粉；上述磷酸采用質(zhì)量濃度為85%工業(yè)級磷酸。
上述的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，該多孔材料的抗壓強(qiáng)度在
2.0-15.0Mpa之間、顯氣孔率在30%-70%之間、體積密度在0.40g/cm3-1.0g/cm3 之間，可耐1300°C以上的高溫。
2.—種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料的制備方法，包括如下步驟-
(1) 固相原料配制
將固相配方中偏高嶺土、氧化鋁或氫氧化鋁和鋁粉混合，在干粉攪拌機(jī)中 攪拌均化30分鐘后待用；
(2) 液相原料配制 將液相配方中磷酸和水按比例混合均勻后待用；
(3) 將固相粉體與磷酸和水組成的液相按質(zhì)量比為1: 1的比例混合均勻， 再用水調(diào)節(jié)漿料的粘度至0.1-5 Pa.S，經(jīng)攪拌、勻化后待用；
(3)將步驟(2)的漿料注入耐酸模具中，在室溫下放置0-24h后，在50°C-90 °C恒溫箱中養(yǎng)護(hù)2-8h,獲得氣孔率為30-70%的磷酸地聚物基多孔材料； (4)脫模后的多孔材料經(jīng)切割加工，獲得所需材料。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
l.本發(fā)明提供了一種工藝簡單，無毒無污染，成本低，原材料遍布世界各 地，而且具有制備溫度低(在50—9(TC范圍)，制備的多孔材料氣孔率可控， 開孔氣孔率可以達(dá)到50vol^甚至更高，抗壓強(qiáng)度大于2MPa，在1300°C高溫 下不變形，有高透氣率，可通過控制不同配比和反應(yīng)條件，可以獲得不同性能 和孔結(jié)構(gòu)的多孔材料等優(yōu)點。由于該材料由漿料發(fā)泡制備，可以使其在不同模具中發(fā)泡而直接制備復(fù)雜形狀的制品，簡單易行。
2. 本發(fā)明的多孔材料有望在保溫材料、廢氣吸附材料，污水過濾材料，能 量吸收材料、絕緣封裝材料、軍事和航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
3. 本發(fā)明提出的技術(shù)屬于地質(zhì)聚合物體系發(fā)泡工藝與添加造孔劑工藝復(fù)合 技術(shù)，特別是低溫發(fā)泡后免除了高溫?zé)Y(jié)工藝，而且不受制造形狀的限制，經(jīng) 檢索，沒有類似的技術(shù)申報專利。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但需要說明的是，實施例并不 構(gòu)成對本發(fā)明要求保護(hù)范圍的限制。 實施例h
制備方法如下
1. 固相原料配制
1) 偏高嶺土的配制將細(xì)度為200目以上的廣西北海兗礦集團(tuán)出產(chǎn)的、經(jīng) 過水洗優(yōu)選后的高嶺土粉體經(jīng)過900°C空氣中煅燒2小時得到偏高嶺土，偏高
嶺土中A1203: 42.35°/。、 Si02: 56.91%、 Fe203: 0.74%,用A1203調(diào)節(jié)其Al/Si(摩 爾比)-l.O， P/A1(摩爾比)4.4;
2) 固體組分，按IOO份重量計配比如下偏高嶺土95份，>200目的氧化 鋁4.9份，>400目的鋁粉0.5份；
3) 將固體組分混合，在干粉攪拌機(jī)中攪拌均化30分鐘后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量計，配比如下工業(yè)級重量濃度為85%磷酸52份，水48份； 按比例混合均勻后待用；3. 將固相和液相以1 : 1重量比混合，調(diào)節(jié)粘度到O.lPa.S，攪拌10分鐘勻 化后待用；
4. 將3.得到的漿料注入耐酸性模具中，置于50'C左右恒溫箱，恒溫發(fā)泡8 小時后即可脫模。
5.將所得多孔材料切割成規(guī)則的形狀后測試其力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)，其基本 指標(biāo)如下抗壓強(qiáng)度為2Mpa，氣孔率為70%左右，體積密度在0.50g/cn^左 右，可耐1300°C以上的高溫。
實施例2:
制備方法如下
1. 固相原料配制
1) 偏高嶺土的配制與實施例1相同，只是用八1203調(diào)節(jié)其Al/Si(摩爾 比)=1.5， P/Al(摩爾比)-2. 5;
2) 固體組分，按IOO份重量計配比如下偏高嶺土77份，>200目的氧化 鋁22.92份，>400目的鋁粉0.08份；
3) 將固體組分混合，在干粉攪拌機(jī)中攪拌均化30分鐘后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量計，配比如下工業(yè)級重量濃度為85%磷酸76份，水24份； 按比例混合均勻后待用；
3. 將固相和液相以1 : 1重量比混合，調(diào)節(jié)粘度到2.5Pa,S，攪拌10分鐘勻 化后待用；
4. 將3.得到的漿料注入耐酸性模具中，在室溫下反應(yīng)12h,置于60'C左右 恒溫箱，恒溫發(fā)泡6小時后即可脫模。5.將所得多孔材料切割成規(guī)則的形狀后測試其力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)，其基本 指標(biāo)如下抗壓強(qiáng)度為10Mpa，氣孔率為60%左右，體積密度在0.65g/cm3左 右，可耐1300°C以上的高溫。 實施例3: 制備方法如下 2.固相原料配制
1) 偏高嶺土的配制與實施例1相同，只是用八1203調(diào)節(jié)其Al/Si(摩爾 比)=2.0， P/Al(摩爾比)-3.4;
2) 固體組分，按100份重量計配比如下偏高嶺土65份，>200目的氧化 鋁34.92份，〉400目的鋁粉0.05份；
3) 將固體組分混合，在干粉攪拌機(jī)中攪拌均化30分鐘后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量計，配比如下工業(yè)級重量濃度為85%磷酸85份，水15份； 按比例混合均勻后待用；
3. 將固相和液相以1 : 1重量比混合，調(diào)節(jié)粘度到5Pa,S，攪拌10分鐘勻化 后待用；
4. 將3.得到的漿料注入耐酸性模具中，在室溫下反應(yīng)24h，置于90'C左右 恒溫箱，恒溫發(fā)泡4小時后即可脫模。
5.將所得多孔材料切割成規(guī)則的形狀后測試其力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)，其基本 指標(biāo)如下抗壓強(qiáng)度為12Mpa，氣孔率為50%左右，體積密度在0.80g/cmS左 右，可耐1300°C以上的高溫。
實施例4:制備方法如下 3.固相原料配制
1) 偏高嶺土的配制與實施例1相同，只是用Al2Cb調(diào)節(jié)其Al/Si(摩爾 比)=1.5， P/Al(摩爾比)-2. 5;
2) 固體組分，按100份重量計配比如下偏高嶺土80份，>200目的氧化 鋁19.80份，>400目的鋁粉0.2份；
3) 將固體組分混合，在干粉攪拌機(jī)中攪拌均化30分鐘后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量計，配比如下工業(yè)級重量濃度為85%磷酸80份，水20份； 按比例混合均勻后待用；
3. 將固相和液相以1 : 1重量比混合，調(diào)節(jié)粘度到0.5Pa.S，攪拌10分鐘勻 化后待用；
4. 將3.得到的漿料注入耐酸性模具中，在室溫下反應(yīng)12h,置于卯'C左右 恒溫箱，恒溫發(fā)泡6小時后即可脫模。
5.將所得多孔材料切割成規(guī)則的形狀后測試其力學(xué)性能和孔結(jié)構(gòu)，其基本 指標(biāo)如下抗壓強(qiáng)度為2Mpa，氣孔率為80%左右，體積密度在0.40g/ci^左 右，可耐1300°C以上的高溫。
權(quán)利要求
1、一種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，其特征在于以重量份數(shù)計，所述多孔材料原料配方由固相和液相按質(zhì)量比1∶1組成；固相組成按100份重量份計偏高嶺土65-95份，氧化鋁或氫氧化鋁0.5-35份以及Al粉0.08-0.2份；液體相組分組成按100份重量份計磷酸52-85份，水15-48份。
2、 根據(jù)權(quán)要求1所述的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，其特征在于所述 氧化鋁或氫氧化鋁的用量為調(diào)節(jié)固相中Al與Si的摩爾比為1.0-2.0;并控制原 料配方中P與Al的摩爾比為1.4-3.4。
3、 根據(jù)權(quán)要求1所述的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，其特征在于所述的 偏高嶺土為200目以上的高嶺土原礦粉體或經(jīng)過水洗后的高嶺土在600-900°C 空氣中煅燒2小時以上所得粉體。
4、 根據(jù)權(quán)要求1所述的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，其特征在于所述的 氧化鋁或氫氧化鋁為細(xì)度大于200目的工業(yè)級粉體；所述的鋁粉為粒度大于 400目的工業(yè)級鋁粉；所述磷酸采用質(zhì)量濃度為85%工業(yè)級磷酸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料，其特征在于該多孔材料的抗壓強(qiáng)度在2.0-15.0Mpa之間、顯氣孔率在30%-70%之間、體積密 度在0.40g/cmM.0g/cmS之間，可耐1300°C以上的高溫。
6、 一種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)固相原料配制 將固相配方中偏高嶺土、氧化鋁或氫氧化鋁和鋁粉混合，在干粉攪拌機(jī)中攪拌均化30分鐘后待用；(2) 液相原料配制 將液相配方中磷酸和水按比例混合均勻后待用；(3) 將固相粉體與磷酸和水組成的液相按重量比為1: 1的比例混合均勻， 再用水調(diào)節(jié)漿料的粘度至0.1-5 Pa.S，經(jīng)攪拌、勻化后待用；(3)將步驟(2)的漿料注入耐酸模具中，在室溫下放置0-24h后，在50°C-90 °C恒溫箱中養(yǎng)護(hù)2-8h，獲得氣孔率為30-70%的磷酸地聚物基多孔材料； (4)脫模后的多孔材料經(jīng)切割加工，獲得所需材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磷酸基地質(zhì)聚合物多孔材料及其制備方法，以偏高嶺土、氧化鋁(或氫氧化鋁)、磷酸和水為原料、鋁粉為發(fā)泡劑，在較低溫度下(50-90℃之間)發(fā)泡制備以地質(zhì)聚合物材料為骨架、性能良好的多孔材料。通過對多孔材料進(jìn)行性能測試，結(jié)果表明該多孔材料的抗壓強(qiáng)度在2.0-15.0MPa之間、顯氣孔率在30％-70％之間、體積密度在0.40g/cm³-1.0g/cm³之間，可耐1300℃以上的高溫；通過控制Al/Si和P/Al的摩爾比及反應(yīng)條件，可以獲得不同性能和孔結(jié)構(gòu)的多孔材料；該發(fā)明工藝簡單，成本低，有望在保溫隔熱材料、廢氣吸附材料、污水過濾材料、能量吸收材料、絕緣封裝材料及軍事和航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
文檔編號C04B12/02GK101560071SQ200910114099
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者劉樂平, 崔學(xué)民, 艷 賀, 邱樹恒 申請人:廣西大學(xué)