一种高温耐火材料的制作方法

本发明涉及耐火材料，具体涉及一种高温耐火材料。

背景技术：

1、耐火材料是工业窑炉的主要构筑材料，是发展钢铁、有色金属、建材、电力等工业的基础材料，其中，又以熔炼炉、加热炉及其附属设备消耗的耐火材料所占比例最大，但是常见的高温耐火材料掺杂大量无机非金属氧化用以提高自身的强度和耐火性能，但是无机金属离子对熔融内衬材料的侵蚀和渗透现象十分严重；

2、因此，研究开发采用无机物组合制备高温耐火材料，在避免材料被金属离子氧化的同时，保持材料具有较高的耐火性，此外设计具备可降解性能、对环境绿色环保的耐火材料仍然具有积极意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温耐火材料，是通过研磨不同粒度直径的骨料作为耐火材料框架，进行多级填充，使得制备的高温耐火材料密度提高、强度增加，此外对于粘结剂进行活性改性，提高相应的粘结性能，并且引入绿色环保材质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种高温耐火材料，所述高温耐火材料的原料包括活性粘结剂、超细微骨料、中颗粒骨料和大颗粒骨料；

3、所述细超微骨料为粒径0-0.3mm的黏土、所述中颗粒骨料为粒径1-3mm的中空玻璃微球；所述大颗粒骨料为粒径10-20mm的陶瓷大颗粒；

4、所述活性粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

5、s1、邻苯二酚加热熔融，得到邻苯二酚熔融物；

6、s2、邻苯二酚熔融物、外消旋愈创甘油醚环碳酸酯、碱溶液和甲醛混合加热、反应，得到反应后的混合液；

7、s3、用盐酸调节反应后的混合液的ph值，蒸发去离子水，后加入无水乙醇，配置成一定浓度的混合液，即得到活性粘结剂。

8、酚醛树脂本身由苯酚单体和甲醛发生缩聚反应得到。苯酚羟基邻位上的氢原子比较活泼，可以和甲醛醛基上的氧原子结合为水分子，其他部分连接从而得到高分子化合物-酚醛树脂。但是，本发明采用邻苯二酚替代苯酚单体，一方面提高苯酚羟基邻位上的氢原子的活泼性，从而使得各邻位上的氢原子和甲醛进行缩聚，使得分子链之间发生交联，生成体型、网状酚醛树脂；另一方面，邻苯二酚上多余的羟基官能团可以和其余耐火材料组分结合，提高组合物的整体性。

9、本发明还引入了外消旋愈创甘油醚环碳酸酯作为环碳酸酯，甲醛在碱性条件下对环碳酸酯进行亲核攻击，然后发生脱质子反应。即碳氧键被打破，同时，新生成的氧离子与氢离子结合，迅速生成羟基。环碳酸酯本身作为生物基的非异氰酸酯，参与到耐火材料的合成。

10、进一步的，邻苯二酚、外消旋愈创甘油醚环碳酸酯和甲醛混合的用量比为80-100g:20g:(40-60)g。

11、进一步的，用盐酸调节反应后的混合液的ph值为7。

12、进一步的，混合液的浓度为70-75％wt。

13、进一步的，颗粒骨料陶瓷由陶瓷研磨得到；所述中颗粒骨料中空玻璃微球由中空玻璃微球研磨得到；所述超微细骨料由黏土研磨得到。

14、进一步的，大颗粒骨料陶瓷、中颗粒骨料中空玻璃微球、超微细骨料黏土和活性粘结剂按照质量比10g:10g:60g:30ml混合。

15、一种高温耐火材料的制备方法，具体包括以下步骤：

16、a1、大颗粒骨料陶瓷加入活性粘结剂，混合搅拌，使得大颗粒骨料陶瓷与粘结剂混合均匀；

17、a2、后加入中颗粒骨料中空玻璃微球，使得中颗粒骨料中空玻璃微球粘附在大颗粒骨料陶瓷的周围；

18、a3、后加入超微细骨料黏土和活性粘结剂，使得超微细骨料充分包裹在大颗粒骨料陶瓷、中颗粒骨料中空玻璃微球的周围，得到混合物料。混合物料静置，得到三级填充复合料；

19、a4、三级填充复合料压制成型，高温烧结、冷却，得到高温耐火材料。

20、进一步的，高温烧结的速率为5℃/min、高温烧结的温度为800-1000℃。

21、本发明具备下述有益效果：

22、1、酚醛树脂本身就具有耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持结构的整体性和尺寸的稳定性，可以应用于高温领域，作为耐火材料。此外，酚醛树脂在燃烧时，会产生很高的残碳，有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。本发明采用多羟基的酚醛树脂增加自身活性位点，从而使得制备的粘结剂能够和各种有机、无机填料相容，提高自身的粘结性能。本发明合成的活性粘结剂中加入环碳酸酯组分，环碳酸酯本身作为生物基的非异氰酸酯，参与到耐火材料的合成，有助于践行绿色化学。

23、2、本发明是通过研磨不同粒径的无机材料进行填充，从而得到多级复合材料骨架，提高耐火材料的致密性。其中，黏土在作为填充骨料前，研磨成粒径为0.3-0.5mm的超微细骨料。黏土矿物主要由四面体排列的硅酸盐和八面体排列铝酸组成，呈片状结构。研磨至超细粉的黏土矿物可以增大自身的表面积，作为有效吸附剂，使得制备的多羟基酚醛树脂均匀分布。另一方面，在和水的作用下，其表面大量的硅醇基团会脱水，在后期干燥过程中，超细粉黏土矿物可以脱水形成硅氧烷网状结构，从而发生硬化，提高至鄂毕的高温耐火材料的硬度。在硅氧烷网状结构中，si-o之间的连接键并不随温度升高而断裂，反而会随着热处理温度的提高而提高硅氧键的强度。

24、3、中空玻璃微球利用其独特的闭孔空腔结构，这种特殊的中空填料可以采用热量热传导、热对流两种途径进行隔热，并且中空玻璃微球本身具有较高的力学强度。黏土矿物、中空玻璃微球和陶瓷材料研磨成不同粒径，利用活性粘结剂粘附，从而得到混合不同粒径、多层级的耐火材料。

25、4、本发明是采用常压烧结法制备得到有机无机混合的耐火材料，使得制备的耐火材料既具有无机材料的耐高温、高强度优点，又兼具有机材料优良的成型性。

技术特征：

1.一种高温耐火材料，其特征在于，所述高温耐火材料的原料包括活性粘结剂、超细微骨料、中颗粒骨料和大颗粒骨料；

2.根据权利要求1所述的一种高温耐火材料，其特征在于，所述邻苯二酚、外消旋愈创甘油醚环碳酸酯和甲醛混合的用量比为80-100g:20g:40-60g。

3.根据权利要求1所述的一种高温耐火材料，其特征在于，所述s3中，用盐酸调节反应后的混合液的ph值为7。

4.根据权利要求1所述的一种高温耐火材料，其特征在于，所述s3中，混合液的浓度为70-75％wt。

5.根据权利要求1所述的一种高温耐火材料，其特征在于，所述大颗粒骨料陶瓷由陶瓷研磨得到；所述中颗粒骨料中空玻璃微球由中空玻璃微球研磨得到；所述超微细骨料由黏土研磨得到。

6.根据权利要求1所述的一种高温耐火材料，其特征在于，所述大颗粒骨料陶瓷、中颗粒骨料中空玻璃微球、超微细骨料黏土和活性粘结剂按照质量比10g:10g:60g:30ml混合。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的高温耐火材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

8.一种如权利要求7所述的一种高温耐火材料的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的速率为5℃/min、高温烧结的温度为800-1000℃。

技术总结
本发明公开了一种高温耐火材料，属于耐火技术领域，本发明用于解决现有技术中常见耐火材料掺入过量无机金属氧化物，从而对于制备器具的侵蚀现象十分严重，不利于持续使用；本发明是采用细微骨料、中颗粒骨料和大颗粒骨料建立三级密度骨架，并且用活性粘结剂使得上述材料均匀、紧密联合，其中，加入外消旋愈创甘油醚环碳酸酯和苯甲醛单体反应，从而引入绿色环保可降解材质，提制备的高温耐火材料的可降解性。

技术研发人员：冯金娣,孙虎,何永亮,刘振峰
受保护的技术使用者：安徽华铂再生资源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17