一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法与流程

本发明属于硅酸钙陶瓷粉体制备，尤其是涉及一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法。

背景技术：

1、多孔硅酸钙材料是一种具有优良性能的新型防隔热材料，其具有低密度、高孔隙率、低热导率等特点，在建筑、工业、能源等领域有着广阔的应用前景。制备多孔硅酸钙材料，首先需要制备具有优秀性能的多孔硅酸钙粉体。目前制备硅酸钙粉体的方法包括水热法、溶胶凝胶法、化学沉淀法、熔盐法等。水热法主要通过运用氧化钙、氧化硅两种原料，在高温高压的水热环境中进行合成制备。这种方法制备出来的粉体形貌较好，但该种方法也具有一定的缺陷及不便，例如在粉体制备过程中，由于需要控制高温、高压的条件，条件相对苛刻，同时由于该方法对制备设备等条件要求较高，制备难度相对较大，因此不利于粉体的大规模生产。而溶胶凝胶法制备操作难度相对高，步骤较为繁琐，技术要求较高。熔盐法虽然较为简便，但在大规模生产制备时产品质量相对较差且耗能较高。与其他方法相比，共沉淀法更易于制备与生产的、且操作较为简便、成本较低，是今后发展的重要方向之一。

2、对于共沉淀法制备多孔硅酸钙粉体，目前国内外几乎所有研究均是通过控制反应条件、反应配比等实验参数来进行制备研究。但是目前采用共沉淀方法制备出的粉体比较面积较低，且易出现团聚现象。因此，急需研发一种新的共沉淀工艺来制备具有良好分散性的高比表面积多孔硅酸钙陶瓷粉体。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法，通过两种不同种类表面活性剂的协同作用，克服了共沉淀工艺制备的硅酸钙陶瓷粉体易团聚的问题。

2、本发明是通过如下技术方案予以实现：

3、一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法，包含如下步骤：

4、（1）将九水合偏硅酸钠和表面活性剂加入水中，搅拌混合均匀，得到含表面活性剂的硅酸钠水溶液，所述表面活性剂为质量比为（2~5）：1的十二烷基三甲基氯化铵和聚丙烯酰胺的混合物；所述硅酸钠水溶液中，九水合偏硅酸钠的质量分数为10~40wt%，表面活性剂的质量分数为0.5~4wt%，余量为水；

5、（2）将四水合硝酸钙加入水中，搅拌混合均匀，得到硝酸钙溶液；所述硝酸钙溶液中四水合硝酸钙的质量分数为10~40wt%，余量为水；

6、（3）在水浴加热和不断搅拌下，将硝酸钙溶液以4~10ml/h的滴加速度滴加到含表面活性剂的硅酸钠水溶液中，最终得到稳定的硅酸钙乳浊液；硅酸钙乳浊液的硅元素和钙元素的摩尔比为1:1；

7、（4）将硅酸钙乳浊液静置陈化，而后将陈化后产物进行过滤、洗涤、干燥后得到多孔硅酸钙陶瓷粉体。

8、进一步地，所述表面活性剂为质量比为（2~4）：1的十二烷基三甲基氯化铵和聚丙烯酰胺的混合物。

9、进一步地，所述硅酸钠水溶液中，九水合偏硅酸钠的质量分数为10~30wt%，表面活性剂的质量分数为0.5~3wt%，余量为水。

10、进一步地，所述硝酸钙溶液中四水合硝酸钙的质量分数为10~30wt%，余量为水。

11、进一步地，硝酸钙溶液的滴加速度为4~6ml/h。

12、进一步地，所述水浴加热的温度为50~70℃。

13、进一步地，所述陈化的温度为4~10℃，时间为20~24h。

14、进一步地，所述干燥的温度为60~90℃，干燥时间为2~4h。

15、采用共沉淀工艺制备出的硅酸钙陶瓷粉体很容易发生团聚。为此，本发明提出采用双表面活性剂来制备分散性好的多孔硅酸钙陶瓷粉体。硅酸钙陶瓷粉体的形成过程如下：在多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备过程中，首先在硅酸钠水溶液中加入十二烷基三甲基氯化铵和聚丙烯酰胺。其中，十二烷基三甲基氯化铵属于离子型表面活性剂，当表面活性剂浓度达到阈值即临界胶束浓度后，表面活性剂单体分子会自发聚集成球状胶束，球状胶束的外部分布了大量的正电性基团。随后，溶液中游离的硅酸根离子被吸引至周边，按照以球壳状为主、片层状交叠的结构排列。与此同时，当一定量聚丙烯酰胺溶于水后，由于其本身的长链结构，以及链间的机械作用及氢键等作用，会在溶液中形成一定的空间位阻，从而保证形成的球状胶束不会团聚。而后，缓慢地加入硝酸钙溶液，钙离子在这一过程中，逐渐与硅酸根离子结合在胶束的表面形成硅酸钙，而由于表面活性剂的调控，最终形成具有三维多孔结构的硅酸钙乳浊液。需要说明的是，在这一过程中，需要控制硝酸钙溶液的加入速度，首先是为了控制反应速度，从而使得表面活性剂发挥最大的作用；另一方面，也会控制内部扩散速度，使得产物形成多孔微孔结构，而非大孔结构。最后，将硅酸钙乳浊液低温下静置陈化。由于在温度较高时，硅酸钙的溶解度较高；将硅酸钙乳浊液静置于低温可促进刚反应成核的硅酸钙进一步成长，产生所需要的多孔硅酸钙。最后，将其过滤、洗涤、干燥后，即得到多孔硅酸钙陶瓷粉体。

16、本发明的优点和积极效果是：

17、本发明首次提出基于双表面活性剂的多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备工艺，其中十二烷基三甲基氯化铵可形成胶团，聚丙烯酰胺可保证形成的胶团不会发生团聚，从而保证制备出的硅酸钙陶瓷粉体具有高的孔隙率且不会发生团聚。

技术特征：

1.一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为质量比为（2~4）：1的十二烷基三甲基氯化铵和聚丙烯酰胺的混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠水溶液中，九水合偏硅酸钠的质量分数为10~30wt%，表面活性剂的质量分数为0.5~3wt%，余量为水。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸钙溶液中四水合硝酸钙的质量分数为10~30wt%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硝酸钙溶液的滴加速度为4~6ml/h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水浴加热的温度为50~70℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的温度为4~10℃，时间为20~24h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为60~90℃，干燥时间为2~4h。

技术总结
本发明属于硅酸钙陶瓷粉体制备技术领域，公开了一种多孔硅酸钙陶瓷粉体的制备方法，包括：将九水合偏硅酸钠和表面活性剂加入水中，搅拌混合均匀，得到含表面活性剂的硅酸钠水溶液；将四水合硝酸钙加入水中，搅拌混合均匀，得到硝酸钙溶液。在水浴加热和不断搅拌下，将硝酸钙溶液以4~10mL/h的滴加速度滴加到含表面活性剂硅酸钠水溶液中，最终得到稳定的硅酸钙乳浊液；将硅酸钙乳浊液在低温下静置陈化，而后将陈化后产物进行过滤、洗涤、干燥后得到多孔硅酸钙陶瓷粉体。本发明通过两种不同种类表面活性剂的协同作用，克服了共沉淀工艺制备的硅酸钙粉体易团聚的问题，制备出了具有高比表面积的多孔硅酸钙陶瓷粉体。

技术研发人员：刘礼龙,刘津
受保护的技术使用者：上海南极星高科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10