利用六钛酸钾晶须制备隔热保温陶瓷的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机隔热保温材料领域，具体涉及利用六钛酸钾晶须制备隔热保温陶瓷的方法。
【背景技术】
[0002]工业窑炉是陶瓷、冶金、建材、石化等工业过程中至关重要的热工装备，也是能源消耗和环境污染的主要源头。截至2012年底，我国运行的工业窑炉约为110万台，能耗占全国工业总能耗的35%左右。传统工业炉窑为达到保温节能的目的，通常在重质保温砖砌筑体或重质不定形保温材料施工体外增加保温层，由于采用的保温材料使用温度较低，所以在中、高温工业炉窑上的使用受到很大的限制。重质层很厚，窑炉体积庞大、笨重，对间歇式炉来说，蓄热损失大。为解决这一问题，研宄与开发使用温度高、体积密度小、隔热性能好的保温材料是减少热量损失，提高能源利用率的有效方法之一。六钛酸钾晶体结构中，Ti的配位数为6，以T16A面体通过共棱和共面连结而成连锁的隧道式结构，K +离子居于隧道中间，与环境隔开，使K+离子不具备化学活性，并具备许多独特性能，如优良的物理性能，稳定的化学性质等。它的隧道结构以及高的红外反射特性使其具有很低的热导率以及负的温度系数。此外，它还具有高温稳定性，耐酸碱腐蚀性，高的电绝缘性，润滑性，耐磨性以及硬度低等特点。因此，六钛酸钾晶须是理想的隔热材料，将其制备成多孔陶瓷应用于窑炉保温材料将有很大的发展前景。
[0003]已有文献报道将六钛酸钾晶须用于多孔陶瓷的研宄。专利CN101723701A将六钛酸钾材料，含钾化合物和氧化钛混合，成型，再在650?1300°C下烧结，最后水洗得到六钛酸钾多孔材料。孔隙率5%?50%，最可几孔径0.05?10 μ m，抗弯强度5?80MPa，800°C下的导热系数0.01?0.21/(!11.1()。此种方法制备的六钛酸钾晶须陶瓷孔隙率偏低，且孔径分布不均，导热系数也偏高。专利CN1033425171A以含钛化合物和含钾化合物为骨架原料，以碳粉为增孔剂，按设定比例球磨混合2?5h后，于80?100°C干燥，然后以PVA溶液为粘结剂进行混合造粒，最后在5?1MPa压强下成型，保压时间为30s?lmin，再进行煅烧，所得烧结物水洗得到成品。所得的六钛酸钾陶瓷密度1.52?2.23g/cm3,孔隙率15%?65 %，抗折强度24.4?50.3MPa，250°C下热导率为0.194?0.356W/ (m.K)，900°C下热导率为0.157?0.279ff/(m.K)。此种方法制备的六钛酸钾多孔陶瓷孔为开孔结构，因而热导率偏尚。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供利用六钛酸钾晶须制备隔热保温陶瓷的方法，所得泡沫陶瓷的密度低，热导率低，抗压强度高；孔结构为闭孔结构且孔径分布均匀，孔径大小、孔隙率可调控。
[0005]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:利用六钛酸钾晶须制备隔热保温陶瓷的方法，包括有以下步骤:
[0006]I)以六钛酸钾晶须为主要原料，在球磨机中球磨后，用硅烷偶联剂进行表面改性处理；
[0007]2)再用改性后的六钛酸钾晶须，加去离子水配制成陶瓷浆料，并加入玻璃粉作为粘结剂，再用NaOH溶液调节pH，在磁力搅拌器上高速搅拌I?5h，使六钛酸钾晶须充分的分散在去离子水中；
[0008]3)按设定比例加入短链两亲分子做为晶须表面修饰剂，在磁力搅拌器上低速搅拌;
[0009]4)然后采用变频搅拌器先高速搅拌发泡，待大气泡开始消失时，切换至低速档搅拌直至得到均匀细腻的泡沫；
[0010]5)立即注模成型，在空气中干燥24?48h后，放入烘箱中以一定的干燥制度进行干燥，冷却至室温后取出，再放入高温炉中按设定的烧结制度烧制成多孔陶瓷。
[0011]按上述方案，球磨后，六钛酸钾晶须的长径比为5?10。
[0012]按上述方案，步骤I)所述的表面改性处理方法是:取一定质量的六钛酸钾晶须加去离子水配置成固含量为30wt%的浆料，然后加入硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂与六钛酸钾晶须质量比为1:1000，在磁力搅拌器上搅拌5h，用真空抽滤机抽滤后在烘箱中烘干备用。
[0013]按上述方案，步骤2)中的陶瓷浆料固含量为10wt%? 70wt%。
[0014]按上述方案，玻璃粉与改性后的六钛酸钾晶须的质量比为1:100?1:15。
[0015]按上述方案，步骤2)中的浆料的初始pH为8?12之间。
[0016]按上述方案，玻璃粉的粒径为I?10 μ m。
[0017]按上述方案，短链两亲分子为没食子酸乙酯，没食子酸丙酯，没食子酸丁酯，正戊胺，正己胺和正庚胺中的一种，所述的短链两亲分子与六钛酸钾晶须的质量比为1:80?1:40。
[0018]按上述方案，干燥制度为先在空气中干燥24?48h，然后在40°C?110°C下按照一定的温度梯度分别干燥2?4h。
[0019]按上述方案，烧结制度为从室温以I?3°C /min的速度升温至600°C，再以5?80C /min的速度升至900?1100°C，保温2?4h，随炉冷却至室温。
[0020]本发明的原理:利用六钛酸钾晶须本身隧道结构自身可构成闭孔结构，以及高红外反射特性和热导率随温度升高而降低的特性，以其作为主原料，借鉴球形颗粒自稳定泡沫的机理(通过对无机颗粒进行表面疏水化处理，使其具有部分疏水性，从而可以不可逆的吸附在气液界面上，形成刚性的壳，阻止泡沫的合并，排水与破裂，达到超长稳定泡沫的目的)采用发泡法制备出多孔陶瓷。与球形颗粒稳定泡沫相比，晶须做为稳泡剂有显著区另IJ。首先，由于晶须比表面积较球形颗粒更大，相同体积的情况下晶须拥有更大的表面积，表面脱附能更高。因此，更加有利于泡沫的稳定。其次，由于晶须具有一定的长径比，在泡沫表面可以相互搭接交错，形成鸟巢似的结构，从而可以更好地抑制泡沫的合并、排水与破裂。因此，比一般的球形颗粒更加有利于泡沫的长期稳定存在。但是，由于晶须具有一定的长径比，在水溶液中容易相互搭接缠绕，影响其在水中的分散性。通过硅烷偶联剂进行表面预处理可以改善晶须在水中的分散性，同时增加疏水性(两亲分子虽然可以增加晶须的疏水性，但是不能无限的增加，两亲分子达到饱和浓度以后，继续添加，晶须的疏水性难以增加)。晶须表面疏水性的增大既可以促使晶须更容易的吸附在气液界面上，增加起泡高度，同时可以增强晶须之间的疏水化作用，有利于形成更稳定的空间网络结构，增加泡沫的稳定性。泡沫始终保持原有形状，不合并不变形，不破裂。因而，用此种泡沫固化干燥烧结得到的陶瓷具有球形的闭孔结构，孔径分布均匀。而且气孔壁上将保留晶须相互缠绕的鸟巢结构，可以一定程度的提高材料的强度。
[0021]本发明与现有技术相比具有的优点主要是:1.生产原料、设备、操作简单，整个工艺流程无污染。2.生产的多孔陶瓷的孔结构为闭孔结构且孔径分布均匀，孔径大小、孔隙率可调控，且气孔壁上具有晶须相互缠绕的鸟巢结构。3.生产的六钛酸钾晶须多孔陶瓷密度低(0.2?0.4g/cm3)，导热系数小[25°C下热导率为0.027?0.034W/(m*K)，800°C下热导率为0.010 ~ 0.035W/ (m.K)]，抗压强度较高(0.30?0.60MPa)，耐高温，耐酸碱性强，适用于窑炉保温材料，防火材料等领域。
【附图说明】
[0022]图1为实施例8所得六钛酸钾晶须多孔陶瓷气孔分布图；
[0023]图2为实施例8所得六钛酸钾晶须多孔陶瓷气孔交界处结构图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0025]实施例1:
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