利用六鈦酸鉀晶須制備隔熱保溫陶瓷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)隔熱保溫材料領(lǐng)域，具體涉及利用六鈦酸鉀晶須制備隔熱保溫陶瓷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)窯爐是陶瓷、冶金、建材、石化等工業(yè)過程中至關(guān)重要的熱工裝備，也是能源消耗和環(huán)境污染的主要源頭。截至2012年底，我國運行的工業(yè)窯爐約為110萬臺，能耗占全國工業(yè)總能耗的35%左右。傳統(tǒng)工業(yè)爐窯為達(dá)到保溫節(jié)能的目的，通常在重質(zhì)保溫磚砌筑體或重質(zhì)不定形保溫材料施工體外增加保溫層，由于采用的保溫材料使用溫度較低，所以在中、高溫工業(yè)爐窯上的使用受到很大的限制。重質(zhì)層很厚，窯爐體積龐大、笨重，對間歇式爐來說，蓄熱損失大。為解決這一問題，研宄與開發(fā)使用溫度高、體積密度小、隔熱性能好的保溫材料是減少熱量損失，提高能源利用率的有效方法之一。六鈦酸鉀晶體結(jié)構(gòu)中，Ti的配位數(shù)為6，以T16A面體通過共棱和共面連結(jié)而成連鎖的隧道式結(jié)構(gòu)，K +離子居于隧道中間，與環(huán)境隔開，使K+離子不具備化學(xué)活性，并具備許多獨特性能，如優(yōu)良的物理性能，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等。它的隧道結(jié)構(gòu)以及高的紅外反射特性使其具有很低的熱導(dǎo)率以及負(fù)的溫度系數(shù)。此外，它還具有高溫穩(wěn)定性，耐酸堿腐蝕性，高的電絕緣性，潤滑性，耐磨性以及硬度低等特點。因此，六鈦酸鉀晶須是理想的隔熱材料，將其制備成多孔陶瓷應(yīng)用于窯爐保溫材料將有很大的發(fā)展前景。
[0003]已有文獻(xiàn)報道將六鈦酸鉀晶須用于多孔陶瓷的研宄。專利CN101723701A將六鈦酸鉀材料，含鉀化合物和氧化鈦混合，成型，再在650?1300°C下燒結(jié)，最后水洗得到六鈦酸鉀多孔材料?？紫堵?%?50%，最可幾孔徑0.05?10 μ m，抗彎強(qiáng)度5?80MPa，800°C下的導(dǎo)熱系數(shù)0.01?0.21/(!11.1()。此種方法制備的六鈦酸鉀晶須陶瓷孔隙率偏低，且孔徑分布不均，導(dǎo)熱系數(shù)也偏高。專利CN1033425171A以含鈦化合物和含鉀化合物為骨架原料，以碳粉為增孔劑，按設(shè)定比例球磨混合2?5h后，于80?100°C干燥，然后以PVA溶液為粘結(jié)劑進(jìn)行混合造粒，最后在5?1MPa壓強(qiáng)下成型，保壓時間為30s?lmin，再進(jìn)行煅燒，所得燒結(jié)物水洗得到成品。所得的六鈦酸鉀陶瓷密度1.52?2.23g/cm3,孔隙率15%?65 %，抗折強(qiáng)度24.4?50.3MPa，250°C下熱導(dǎo)率為0.194?0.356W/ (m.K)，900°C下熱導(dǎo)率為0.157?0.279ff/(m.K)。此種方法制備的六鈦酸鉀多孔陶瓷孔為開孔結(jié)構(gòu)，因而熱導(dǎo)率偏尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供利用六鈦酸鉀晶須制備隔熱保溫陶瓷的方法，所得泡沫陶瓷的密度低，熱導(dǎo)率低，抗壓強(qiáng)度高；孔結(jié)構(gòu)為閉孔結(jié)構(gòu)且孔徑分布均勻，孔徑大小、孔隙率可調(diào)控。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:利用六鈦酸鉀晶須制備隔熱保溫陶瓷的方法，包括有以下步驟:
[0006]I)以六鈦酸鉀晶須為主要原料，在球磨機(jī)中球磨后，用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性處理；
[0007]2)再用改性后的六鈦酸鉀晶須，加去離子水配制成陶瓷漿料，并加入玻璃粉作為粘結(jié)劑，再用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，在磁力攪拌器上高速攪拌I?5h，使六鈦酸鉀晶須充分的分散在去離子水中；
[0008]3)按設(shè)定比例加入短鏈兩親分子做為晶須表面修飾劑，在磁力攪拌器上低速攪拌;
[0009]4)然后采用變頻攪拌器先高速攪拌發(fā)泡，待大氣泡開始消失時，切換至低速檔攪拌直至得到均勻細(xì)膩的泡沫；
[0010]5)立即注模成型，在空氣中干燥24?48h后，放入烘箱中以一定的干燥制度進(jìn)行干燥，冷卻至室溫后取出，再放入高溫爐中按設(shè)定的燒結(jié)制度燒制成多孔陶瓷。
[0011]按上述方案，球磨后，六鈦酸鉀晶須的長徑比為5?10。
[0012]按上述方案，步驟I)所述的表面改性處理方法是:取一定質(zhì)量的六鈦酸鉀晶須加去離子水配置成固含量為30wt%的漿料，然后加入硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑與六鈦酸鉀晶須質(zhì)量比為1:1000，在磁力攪拌器上攪拌5h，用真空抽濾機(jī)抽濾后在烘箱中烘干備用。
[0013]按上述方案，步驟2)中的陶瓷漿料固含量為10wt%? 70wt%。
[0014]按上述方案，玻璃粉與改性后的六鈦酸鉀晶須的質(zhì)量比為1:100?1:15。
[0015]按上述方案，步驟2)中的漿料的初始pH為8?12之間。
[0016]按上述方案，玻璃粉的粒徑為I?10 μ m。
[0017]按上述方案，短鏈兩親分子為沒食子酸乙酯，沒食子酸丙酯，沒食子酸丁酯，正戊胺，正己胺和正庚胺中的一種，所述的短鏈兩親分子與六鈦酸鉀晶須的質(zhì)量比為1:80?1:40。
[0018]按上述方案，干燥制度為先在空氣中干燥24?48h，然后在40°C?110°C下按照一定的溫度梯度分別干燥2?4h。
[0019]按上述方案，燒結(jié)制度為從室溫以I?3°C /min的速度升溫至600°C，再以5?80C /min的速度升至900?1100°C，保溫2?4h，隨爐冷卻至室溫。
[0020]本發(fā)明的原理:利用六鈦酸鉀晶須本身隧道結(jié)構(gòu)自身可構(gòu)成閉孔結(jié)構(gòu)，以及高紅外反射特性和熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低的特性，以其作為主原料，借鑒球形顆粒自穩(wěn)定泡沫的機(jī)理(通過對無機(jī)顆粒進(jìn)行表面疏水化處理，使其具有部分疏水性，從而可以不可逆的吸附在氣液界面上，形成剛性的殼，阻止泡沫的合并，排水與破裂，達(dá)到超長穩(wěn)定泡沫的目的)采用發(fā)泡法制備出多孔陶瓷。與球形顆粒穩(wěn)定泡沫相比，晶須做為穩(wěn)泡劑有顯著區(qū)另IJ。首先，由于晶須比表面積較球形顆粒更大，相同體積的情況下晶須擁有更大的表面積，表面脫附能更高。因此，更加有利于泡沫的穩(wěn)定。其次，由于晶須具有一定的長徑比，在泡沫表面可以相互搭接交錯，形成鳥巢似的結(jié)構(gòu)，從而可以更好地抑制泡沫的合并、排水與破裂。因此，比一般的球形顆粒更加有利于泡沫的長期穩(wěn)定存在。但是，由于晶須具有一定的長徑比，在水溶液中容易相互搭接纏繞，影響其在水中的分散性。通過硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面預(yù)處理可以改善晶須在水中的分散性，同時增加疏水性(兩親分子雖然可以增加晶須的疏水性，但是不能無限的增加，兩親分子達(dá)到飽和濃度以后，繼續(xù)添加，晶須的疏水性難以增加)。晶須表面疏水性的增大既可以促使晶須更容易的吸附在氣液界面上，增加起泡高度，同時可以增強(qiáng)晶須之間的疏水化作用，有利于形成更穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加泡沫的穩(wěn)定性。泡沫始終保持原有形狀，不合并不變形，不破裂。因而，用此種泡沫固化干燥燒結(jié)得到的陶瓷具有球形的閉孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布均勻。而且氣孔壁上將保留晶須相互纏繞的鳥巢結(jié)構(gòu)，可以一定程度的提高材料的強(qiáng)度。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點主要是:1.生產(chǎn)原料、設(shè)備、操作簡單，整個工藝流程無污染。2.生產(chǎn)的多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)為閉孔結(jié)構(gòu)且孔徑分布均勻，孔徑大小、孔隙率可調(diào)控，且氣孔壁上具有晶須相互纏繞的鳥巢結(jié)構(gòu)。3.生產(chǎn)的六鈦酸鉀晶須多孔陶瓷密度低(0.2?0.4g/cm3)，導(dǎo)熱系數(shù)小[25°C下熱導(dǎo)率為0.027?0.034W/(m*K)，800°C下熱導(dǎo)率為0.010 ~ 0.035W/ (m.K)]，抗壓強(qiáng)度較高(0.30?0.60MPa)，耐高溫，耐酸堿性強(qiáng)，適用于窯爐保溫材料，防火材料等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例8所得六鈦酸鉀晶須多孔陶瓷氣孔分布圖；
[0023]圖2為實施例8所得六鈦酸鉀晶須多孔陶瓷氣孔交界處結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]實施例1:
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