具有優良隔熱性能的陶瓷體的製造方法
2023-04-26 12:15:31 6
專利名稱：具有優良隔熱性能的陶瓷體的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造具有優良隔熱性能的陶瓷體的製備方法。特別是涉及一種製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其包括以下步驟將具有開放小室的三維多孔網絡結構的聚合物海綿浸入無機粘合劑中，使聚合物海綿完全被無機粘合劑浸漬；將無機粘合劑部分地由浸漬了無機粘合劑的聚合物海綿中除去，使聚合物海綿中的無機粘合劑含量是按照需要的多孔陶瓷體密度而選定的；以及使無機粘合劑硬化。
背景技術：
一般來說，多孔陶瓷體是由陶瓷粉末原料製成的。製備多孔陶瓷體的典型方法包括粉末填裝技術、發泡技術和聚合物海綿技術。
粉末填裝技術是一種通過在高溫下燒結球狀粉末並利用其間隙作為微孔形成多孔體的方法，其中，將球狀粉末鬆散狀態填裝後形成間隙(韓國陶瓷協會雜誌「Preparation and Properties of Porous Ceramics byPressureless Powder Packing Method」，36(6)，pp 662-670，1999)。
可見，粉末填裝技術相對較為簡單，但所具有缺點是得到的多孔體中孔的大小和孔隙率不易控制，並且多孔體的孔隙率大約只有採用其他方法得到的多孔體的一半。
還有，如韓國專利申請10-1999-0058380號(名稱為「採用發泡技術製備多孔陶瓷的方法」)和韓國專利申請10-2001-0076036(名稱為「採用表面活性劑製備多孔陶瓷的方法」)所揭示，發泡法是一種採用若干步驟製備多孔陶瓷的方法，這些步驟包括將陶瓷粉末作為原料攪拌、漿料的製備、發泡、成型、乾燥和燒結。
發泡法中的發泡步驟中所採用的工藝是利用表面活性劑或與原料混合物反應生成氣體的發泡材料。但是，這兩種發泡工藝的缺點是得到的陶瓷體中孔的大小和孔隙率不易控制。
還有，如美國專利3090094號(名稱為「製造多孔陶瓷顆粒的方法」)、韓國專利申請10-1999-0057840號(名稱為「具有優良強度的高純度陶瓷泡沫的製備方法」)和韓國專利申請10-2001-0029138號(名稱為「硬制多孔陶瓷製成的吸音材料及其製備方法」)所揭示，聚合物海綿技術是一種製備具有與對應模具的海綿相同多孔結構的多孔陶瓷體的方法，該方法包括以下各個步驟將陶瓷粉作為原料混合、製備漿料、用漿料浸漬海綿、除去多餘的漿料、乾燥、以及燒結。
所以上述的製備技術都是通過在高溫下的燒結工藝將陶瓷粉熱熔形成多孔陶瓷結構。
這樣，當為了獲得具有優良隔熱性能的低密度結構而將多孔隔膜做得很薄時，在燒結工藝中隔膜被熔化從而破壞多孔結構，很難得到理想的結構。
還有，在製備大尺寸的多孔陶瓷結構時，存在微區破裂和受熱彎曲的問題。
此外，儘管根據原料的不同燒結溫度有微小變化，但燒結工藝通常要求1000-2000℃的高溫。採用燒結工藝製成的多孔陶瓷結構不僅成本高，而且用途有限，如催化劑載體和小型過濾器，這是因為其隔熱性能和經濟效率大大低於普通的熱絕緣材料。
在過去的試圖解決這些問題的努力中，本發明人曾研究出一種具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的製備方法(2003年9月8日提交的韓國專利申請10-2003-0062778號)。該方法包括以下步驟將無機粘合劑浸漬於具有三維多孔網絡結構的聚合物海綿中；然後將聚合物海綿脫水乾燥，以便無機粘合劑硬化。
但是這種的缺點是由於無機粘合劑乾燥時形成的塗膜吸水，使陶瓷體的隔熱性能被破壞，根據使用的無機粘合劑還發生白化(whitening)。但是，在上述專利申請未對該缺點的解決辦法進行說明。
發明內容
在現有的製備具有優良隔熱性能的低密度陶瓷體的方法中，當多孔隔膜的厚度減小時，燒結工藝中隔膜就會被熔化，從而破壞了多孔結構，因此很難得到完美的陶瓷結構。
還有，在製備大尺寸多孔陶瓷結構過程時，受熱後會存在微區破裂和彎曲現象的問題。
此外，儘管根據原料的不同燒結溫度有微小變化，但燒結工藝通常要求1000-2000℃的高溫。採用燒結工藝製成的多孔陶瓷結構不僅成本高，而且用途有限，如催化劑載體和小型過濾器，這是因為其隔熱性能和經濟效率大大低於普通的熱絕緣材料。
本發明的提出就是為了解決上述現有技術中存在的問題，本明的目的在於以較低成本製備一種具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體，其製備方法是將適量的液態無機粘合劑浸漬於具有多孔結構的聚合物海綿中，然後通過乾燥工藝使無機粘合劑硬化，無須高成本的燒結過程。
本發明的另一目的在於，即使在通過無機粘合劑浸漬入聚合物海綿、脫水和硬化得到的無機粘合劑等步驟製備多孔陶瓷體時，能夠避免產生由於吸溼而導致對隔熱性能的破壞。
本發明的又一目的在於提供一種能夠穩定地生產不會發生微區破裂和彎曲的大尺寸多孔陶瓷體。
本發明涉及一種製備具有優良絕緣性能的多孔陶瓷體的方法。
在本發明中，多孔陶瓷體按下述步驟製備將具有開放小室的三維多孔網絡結構的聚合物海綿浸漬於液態無機粘合劑中，使該聚合物海綿完全浸漬於無機粘合劑中；除去部分浸漬於聚合物海綿中的無機粘合劑，使聚合物海綿中的無機粘合劑含量是按照多孔陶瓷體要求密度選擇的；以及將無機粘合劑硬化。
相應地，本發明製備具有優良熱絕緣性質的多孔陶瓷體的方法包括以下步驟浸漬步驟，將具有開放小室的三維多孔網絡結構的聚合物海綿浸入液態無機粘合劑中，使聚合物海綿完全被無機粘合劑浸漬；脫水步驟，將無機粘合劑部分地由浸漬了無機粘合劑的聚合物海綿中除去，使聚合物海綿中的無機粘合劑含量是按照需要的多孔陶瓷體密度而選定的；以及將聚合物海綿乾燥，使無機粘合劑硬化。
採用多種方法進行從聚合物海綿中部分地除去無機粘合劑的脫水步驟。
更具體來說，如果聚合物海綿柔軟，可使用輥子或是向聚合物海綿中注入壓縮空氣的方法將無機粘合劑除去。
如果聚合物海綿堅硬，由於不可能使用輥子除去無機粘合劑，可採用將壓縮空氣噴射到聚合物海綿表面的方法部分地除去無機粘合劑。
但是，當為了增強吸音性能而要求所有微孔都互相連通形成連續開放的微孔時，即使聚合物海綿是柔軟的，也通過將壓縮空氣噴射到聚合物海綿表面的方法除去無機粘合劑。
本發明所述方法中的乾燥步驟在100-180℃的溫度下進行較佳。
還有，如果直到製成的多孔陶瓷體不再發生重量減輕時聚合物海綿才是完全乾燥，製成的多孔陶瓷體就會在200℃左右的相對低溫下發生膨脹現象。基於此原因，聚合物海綿被完全乾燥。
由於在脫水步驟剛剛完成時聚合物海綿內留存的無機粘合劑處於液相，由於無機粘合劑具有向下流動的現象，因此無機粘合劑會產生停留在某一處的局部化現象。
基於上述原因，在脫水步驟剛剛完成後進行乾燥步驟時，較佳的是頻繁地顛倒聚合物海綿，以防止無機粘合劑的局部化。
但是，如果是為了防止無機粘合劑的局部化而額外採取頻繁顛倒聚合物海綿的操作，就會增加生產成本，還有無機粘合劑的局部化也不能被完全阻止，對隔熱性能的輕微破壞不可避免。
為了解決這一問題，本發明的方法可附加一個用來迅速硬化聚合物海綿的硬化步驟。
該硬化步驟採用的方法是將氣態硬化劑如二氧化碳導入脫水後的聚合物海綿的微孔中。
在按上述方法導入二氧化碳時，較好的是將二氧化碳吹入，向聚合物海綿施加壓力，以便實現快速硬化。
另一種硬化方法包括將固體例如接合劑吹入脫水後的聚合物海綿的微孔中。
再一種硬化方法包括在原料提供步驟中將固態或液態硬化劑如鋁酸納與無機粘合劑混合，根據到達脫水步驟所需要的時間來選擇硬化劑的加入量。
即，由於無機粘合劑的硬化速率是由硬化劑的添加量決定的，液態硬化劑的加入量應使無機粘合劑的硬化能夠按如下進行當脫水步驟結束時不會發生無機粘合劑的局部化。
可以選擇硬化方法，不僅考慮多孔陶瓷的用途，還考慮製備過程是否方便。
還有，在本發明中，可通過重複地將無機粘合劑再次浸漬到硬化後的陶瓷體中，並且隨後將浸漬後的陶瓷體脫水和乾燥，從而得到高強度多孔陶瓷體。
即，將浸漬、脫水和乾燥步驟重複執行多次，或是將浸漬和硬化步驟重複執行多次。
本發明中可使用的無機粘合劑的例子包括矽酸鹽和改性矽酸鹽，如矽酸鈉、矽酸鉀和矽酸鋰；溶膠化合物，如矽溶膠和氧化鋁溶膠；以及磷酸鹽，如磷酸一鋁(Al2O3·3(P2O5)·6(H2O))，使用前將其溶於適量水中，以便於控制多孔陶瓷體密度。
還有，為了進一步加強本發明的效果，無機粘合劑還可與各種添加劑混合使用，如防水劑、抗白化劑、助粘劑以及耐熱改進劑。
具體來說，無機粘合劑乾燥時形成的塗膜的缺點在於其隔熱性能由於吸水而降低。為了克服這一缺點，可以將無機粘合劑與矽基或石蠟基防水劑混合使用。
在無機粘合劑中，某種材料如矽酸鈉導致白化的發生，當矽酸鈉中含有的鈉離子與大氣中的二氧化碳反應時形成白色晶體。但是，如果在無機粘合劑中加入氟矽酸鈉和硫酸鎂，它們會與導致白化的鈉離子結合，形成不可溶的鹽，從而防止白化的發生並提高耐久性。
還有，為了液態無機粘合劑能夠均勻地塗覆在固態聚合物海綿上，並且在無機粘合劑乾燥後形成的無機塗膜能夠更為牢固地附著在聚合物海綿上，可將無機粘合劑與粘合劑助劑混合使用。
本發明可使用各種粘合劑助劑。如果使用表面活性劑作為粘合劑助劑，液態無機粘合劑就能夠更加均勻地塗覆在固態聚合物海綿上。如果將無機粘合劑與矽烷偶聯劑或有機粘合劑一同使用，如聚乙烯醇、甲基纖維素、氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、以及乙烯-醋酸乙烯酯樹脂(EVA，ethylene vinylacetate)，乾燥後形成的有機塗膜能夠更為牢固地附著在共聚物海綿上。
此外，無機粘合劑還可與耐熱性改進劑混合，包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、銻化合物、硼酸、硼砂、磷酸、磷酸鹽，以及磷基和滷基阻燃劑，以及熱固樹脂，如三聚氰胺、環氧和苯酚。
上述耐熱性改進劑產生有機聚合物海綿阻燃劑或在碳化過程中形成大量炭，從而起到的作用是防止聚合物海綿因受熱而改變形狀。
本發明中使用的聚合物海綿根據得到的多孔陶瓷的用途可以是柔軟的、半硬的或是堅硬的。
並且，可以根據得到的多孔陶瓷的用途選擇聚合物海綿中微孔合適的尺寸。但是，考慮到按照本發明的方法處理後的聚合物海綿的微孔尺寸會縮小，聚合物海綿較佳的是具有稍大於選定尺寸的微孔尺寸。
根據本發明，能夠以簡單且成本低廉的方法製備多孔陶瓷體。並且，製成的多孔陶瓷體具有優良的隔熱性能，可以作為通用的熱絕緣材料使用。此外，本發明的方法能夠穩定地製備大尺寸多孔陶瓷體，不會發生微區破裂和彎曲現象。
圖1是根據本發明一實施例製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法的流程圖。
圖2是根據本發明另一實施例製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法的流程圖，其中增加了硬化步驟。
具體實施例方式
下面對本發明的內容進行詳細說明。
提供水浴，含有40°波美(Baume)的矽酸鈉溶液，無機粘合劑。
提供聚氨酯海綿，其尺寸為300mm×300mm×50mm，其孔度大約為每線性英寸(PPI)10孔。
進行浸漬，將聚氨酯海綿放入水浴，使其浸入矽酸鈉溶液中。在此種狀態下，擠壓聚氨酯海綿5次，使聚氨酯海綿完全浸漬矽酸鈉溶液。
在浸漬步驟完成後，將聚氨酯海綿由水浴中取出。然後進行脫水步驟，除去多餘的矽酸鈉溶液，使得到的多孔陶瓷體的密度大約為100kg/cm3。
脫水步驟完成後，進行硬化步驟，將二氧化碳引入聚氨酯海綿的微孔。
硬化步驟完成後，對聚氨酯海綿進行乾燥，在乾燥室中保持105℃大約24小時，從而製備出多孔陶瓷體。
以下採用實例對本發明進行詳細說明。顯然，對於熟悉本專業的技術人員來說，本發明的技術方案不受這些實例的限制。
實例1提供水浴，含有40°波美(Baume)的矽酸鈉溶液，無機粘合劑。
提供聚氨酯海綿，其尺寸為300mm×300mm×50mm，其孔度大約為每線性英寸(PPI)10孔。
進行浸漬，將聚氨酯海綿放入水浴，使其浸入矽酸鈉溶液中。在此種狀態下，擠壓聚氨酯海綿5次，使聚氨酯海綿完全浸漬矽酸鈉溶液。
在浸漬步驟完成後，將聚氨酯海綿由水浴中取出。然後進行脫水步驟，除去多餘的矽酸鈉溶液，使得到的多孔陶瓷體的密度大約為100kg/cm3。
脫水步驟完成後，進行硬化步驟，將二氧化碳引入聚氨酯海綿的微孔。
硬化步驟完成後，對聚氨酯海綿進行乾燥，在乾燥室中保持105℃大約24小時，從而製備出多孔陶瓷體。
實例2採用與實例1基本相同的方法製備多孔陶瓷體，不同之處在於脫水步驟中，得到的多孔陶瓷體的密度為大約60kg/cm3。
實例3採用與實例1基本相同的方法製備多孔陶瓷體，不同之處在於脫水步驟中，得到的多孔陶瓷體的密度為大約150kg/cm3。
實例4採用與實例1基本相同的方法製備多孔陶瓷體，不同之處在於浸漬步驟中使用磷酸一鋁(Al2O3·3(P2O5)·6(H2O))作為無機粘合劑取代矽酸鋁，並且在脫步驟之後進行乾燥步驟。乾燥步驟是在140℃下乾燥大約24小時。
實例5採用與實例4基本相同的方法製備多孔陶瓷體，不同之處在於浸漬步驟中使用矽溶膠作為無機粘合劑取代矽酸鋁。
實施例11(不根據本發明)為了檢測所開發的控制可能性需要使用離子性包衣材料這一理論，在以下實施例中研究了具有中性包衣材料的小丸在包衣鍋中，在700g醋酸鈉晶體上噴灑1290g茶鹼粉末、65gKollidon 25和6.5g Aerosil 200的混合物，並通過同時噴霧33g茶鹼和10Kollidon 25在500g軟化水中的溶液而結合到核芯材料上。
在流化床設備中，在600g如此製備的具有無緩釋調節劑的核芯的茶鹼小丸上塗覆由400g EUDRAGITNE 30 D(相應於120g聚合物)、2.4g聚山梨酯80、6g單硬脂酸甘油酯、0.6g黃色氧化鐵和432g軟化水組成的噴霧混懸液。
實施例12(不根據本發明)在包衣鍋中，將1290g茶鹼粉末、65g Kollidon 25和6.5gAerosil 200的混合物噴灑到700g氯化鈉晶體上，並通過同時噴霧33g以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於其包括以下步驟浸漬步驟，將具有開放小室的三維多孔網絡結構的聚合物海綿浸入無機粘合劑中，使所述聚合物海綿完全被所述無機粘合劑浸漬；脫水步驟，將所述無機粘合劑部分地由浸漬了所述無機粘合劑的所述聚合物海綿中除去，使所述聚合物海綿中的所述無機粘合劑含量是按照需要的多孔陶瓷體的密度而選定的；以及乾燥步驟，將所述脫水步驟中被部分除去所述無機粘合劑的所述聚合物海綿乾燥，使所述無機粘合劑硬化。
2.根據權利要求1所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於其還包括以下步驟在所述脫水步驟之後，並在所述乾燥步驟之前，將氣態或固態硬化劑引入所述聚合物海綿的微孔中。
3.根據權利要求1所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑與固態或液態硬化劑混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於其中所述浸漬、脫水和乾燥步驟被重複進行若干次。
5.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於其中所述無機粘合劑至少是下列物質之一矽酸鹽和改性矽酸鹽，包括矽酸鈉、矽酸鉀和矽酸鋰；溶膠化合物，包括矽溶膠和鋁溶膠；以及磷酸鹽粘合劑，包括正磷酸鋁和改性正磷酸鋁。
6.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑與表面活性劑混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
7.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑至少與矽烷偶聯劑或有機粘合劑之一混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
8.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑至少與氟矽酸鈉或硫酸鎂之一混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
9.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑防止劑混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
10.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於在所述浸漬步驟中，將所述無機粘合劑至少與選自氫氧化鋁、氫氧化鎂、銻化合物、硼酸、硼砂、磷酸、磷酸鹽，以及磷基和滷基阻燃劑，以及熱固樹脂之一混合後將所述聚合物海綿浸入所述無機粘合劑。
11.根據權利要求2或3所述的製備具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體的方法，其特徵在於其中所述浸漬和硬化步驟被重複若干次，使無機粘合劑被再次浸漬入到聚合物海綿中。
12.一種具有優良隔熱性能的多孔陶瓷，其特徵在於其是由權利要求1到3中任一項所述的方法製備的。
全文摘要
本發明涉及一種具有優良隔熱性能的多孔陶瓷體。本發明的方法包括以下步驟浸漬步驟，將具有開放小室的三維多孔網絡結構的聚合物海綿浸入無機粘合劑中，使聚合物海綿完全被無機粘合劑浸漬；脫水步驟，將無機粘合劑部分地由浸漬了無機粘合劑的聚合物海綿中除去，使聚合物海綿中的無機粘合劑含量是按照需要的多孔陶瓷體密度而選定的；以及乾燥步驟，將脫水步驟中被部分除去無機粘合劑的聚合物海綿乾燥，使無機粘合劑硬化。
文檔編號C04B41/85GK1863749SQ200480029353
公開日2006年11月15日 申請日期2004年6月17日 優先權日2003年10月7日
發明者李弘宰, 柳基鴻 申請人:慶東塞拉泰克有限公司