專利名稱：一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合隔熱材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
研制與開發(fā)優(yōu)質(zhì)的隔熱耐火材料，并在工業(yè)窯爐中合理配套使用，是行之有效的節(jié)能途徑。優(yōu)質(zhì)的隔熱耐火材料既可提高窯爐的壽命，又可提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少熱損失、 提高熱能利用效率和減少能源浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)約能源、降低產(chǎn)品成本的目的。因此，對有效的高溫隔熱材料的需求就愈顯迫切。蛭石是結(jié)構(gòu)單元層為2 1型、層間具有可交換性陽離子及水分子的二八面體或三八面體鋁硅酸鹽礦物，層間電荷在0. 6 0. 9之間；具有可膨脹的層間域，層間域內(nèi)吸附有水分子和可交換性陽離子。蛭石煅燒到200°C以上時(shí)會(huì)急劇膨脹，可制成膨脹蛭石，膨脹蛭石具有低密度(8(Tl20kg/ m3 )、低導(dǎo)熱率
和相對高的熔點(diǎn) (1240°C 1430°C )的特點(diǎn)，膨脹蛭石具有松散密度低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、隔熱、隔音、抗菌、耐火和耐冷等優(yōu)良性能，在建筑、電力、石油、化工、冶金和紡織等行業(yè)具有廣泛的用途。作為制造高溫隔熱材料填料的膨脹蛭石充填應(yīng)用時(shí)其制品雖然導(dǎo)熱系數(shù)較低，但強(qiáng)度也較低，應(yīng)用受到很大限制。當(dāng)使用高強(qiáng)膠結(jié)材料將膨脹蛭石粘結(jié)成成品時(shí)，雖具有比膨脹蛭石更大的強(qiáng)度，同時(shí)也降低了蛭石的隔熱效果。通過熱改性得到的膨脹蛭石由于較大的高溫膨脹率，致使層間間距增大，層間的貫通氣孔導(dǎo)致隔熱材料耐壓強(qiáng)度降低，強(qiáng)度隨著容重的減小而減小，且隨著溫度的升高其導(dǎo)熱系數(shù)迅速升高，從而使隔熱材料的使用溫度很難提高，特別是導(dǎo)熱率仍然較高或蛭石產(chǎn)品占有體積較大，使應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種高溫條件下導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高、應(yīng)用范圍較廣的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配l(T20ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為 (8 15) 1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 (400^500) 0先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在8(Ti0(rc下攪拌1纊32小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以4(T80wt%的改性蛭石和2(T60wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料 l(T20wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在50(Γ650°C條件下保溫2、h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。所述膨脹蛭石的粒徑為0. 05 1mm。所述鋁鹽溶液為硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁中的一種；鋁鹽溶液的濃度為 0. 05 0. 5mol/L·
所述壓制的壓力為4 20MPa。所述磷酸二氫鋁溶液的濃度為4(T60wt%。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用水熱法改性使膨脹蛭石層間間距增大，在膨脹蛭石的片層間鑲嵌大量氧化鋁顆粒，降低了膨脹蛭石的導(dǎo)熱系數(shù)。膨脹蛭石特有的片層結(jié)構(gòu)具有熱流反射能力，而且改性后的膨脹蛭石層間孔隙孔容變小，對流傳熱途徑受阻，使低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的隔熱性能進(jìn)一步增強(qiáng)；同時(shí)改性后的蛭石層間形成的大量均勻的納米微孔，使低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料耐壓強(qiáng)度增大。另由于所制材料的熱導(dǎo)率降低，使得在相同隔熱條件下所用材料的厚度減小，故低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料能應(yīng)用于體積有限部位的范圍增加。本發(fā)明所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的工作溫度可從800°C提高到1200°C，經(jīng)硬化處理后的主要物理性能為體積密度1. 15 1.27g/cm3;抗壓強(qiáng)度 17.廣21. 8MPa ;600 °C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 153 0. 190 W/ (Μ ·Κ)。因此，本發(fā)明所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料具有導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和應(yīng)用范圍較廣的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及到的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述膨脹蛭石的粒徑為0. 05^1mm ；鋁鹽溶液的濃度為0. 05、. 5mol/l ；壓制的壓力為 4 20MPa ；磷酸二氫鋁溶液的濃度為4(T60wt%。實(shí)施例1
一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配l(Tl2ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為(8 10) 1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 (400、20)。先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在8(T85°C下攪拌 18^22小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以4(T50wt%的改性蛭石和5(T60wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料 10^12wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在50(Γ540°C條件下保溫2 3h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。本實(shí)施例中的鋁鹽溶液為硫酸鋁溶液，濃度為0. 05^0. 15mol/l。本實(shí)施所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料硬化處理后主要物理性能是體積密度為1. 19 1. 27g/cm3 ；抗壓強(qiáng)度為17.廣19. 9MPa ；600°C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 166 0. 190W/ (M · K)。實(shí)施例2
一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配12 15ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為(10 12) 1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 (420 450)。先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在85、0°C下攪拌 22 26小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以5(T60wt%的改性蛭石和4(T50wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料
412 13wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在Μ(Γ580° C條件下保溫3 4h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。本實(shí)施例中的鋁鹽溶液為硫酸鋁溶液，濃度為0. 15^0. 3mol/l
本實(shí)施例所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料硬化處理后主要物理性能是體積密度為1. 16 1. 25g/cm3 ；抗壓強(qiáng)度為18. 7 20. 3MPa ；600° C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 153 0. 182W/ (M · K)。實(shí)施例3
一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配15 18ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為(12 14) 1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 G5(T470)。先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在9(T95°C下攪拌 26^30小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以6(T70wt%的改性蛭石和3(T40wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料 15 17wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在58(Γ620° C條件下保溫4、h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。本實(shí)施例中的鋁鹽溶液為硝酸鋁溶液，濃度為0. 3^0. 4mol/l。本實(shí)施例所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料硬化處理后主要物理性能是體積密度為1. 15 1. 26g/cm3 ；抗壓強(qiáng)度為18. 5 21. SMPa ；600°C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 168 0. 190W/ (M · K)。實(shí)施例4
一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配If 20ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為(14 巧)1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 070 500)。先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在95 10(TC下攪拌觀 32小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以7(T80wt%的改性蛭石和2(T30wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料 17^20wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在62(Γ650° C條件下保溫4、h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。本實(shí)施例中的鋁鹽溶液為氯化鋁溶液，濃度為0. 4^0. 5mol/l。本實(shí)施例所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料硬化處理后主要物理性能是體積密度為1. 16 1. 27g/cm3 ；抗壓強(qiáng)度為18.廣21. 5MPa ；600°C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 160 0. 188W/ (M · K)。本具體實(shí)施方式
利用水熱法改性使膨脹蛭石層間間距增大，在膨脹蛭石的片層間鑲嵌大量氧化鋁顆粒，降低了膨脹蛭石的導(dǎo)熱系數(shù)。膨脹蛭石特有的片層結(jié)構(gòu)具有熱流反射能力，而且改性后的膨脹蛭石層間孔隙孔容變小，對流傳熱途徑受阻，使低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的隔熱性能進(jìn)一步增強(qiáng)；同時(shí)改性后的蛭石層間形成的大量均勻的納米微孔，使低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料耐壓強(qiáng)度增大。另由于所制材料的熱導(dǎo)率降低，使得在相同隔熱條件下所用材料的厚度減小，故低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料能應(yīng)用于體積有限部位的范圍增加。
本具體實(shí)施方式
所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的工作溫度可從800° C 提高到1200°C，經(jīng)硬化處理后的主要物理性能為體積密度1. 15^1. 27g/cm3 ；抗壓強(qiáng)度 17. 1 21.8MPa;600 °C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 153 0. 190 W/ (Μ ·Κ)。因此，本具體實(shí)施方式
所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料具有導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和應(yīng)用范圍較廣的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法，其特征在于所述低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的原料配比是每克膨脹蛭石配l(T20ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的 Al3+的物質(zhì)的量比為(8 15) 1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1 (40(Γ500)；先按上述原料配比，將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在SCTlOCTC下攪拌 If 32小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石；再以4(T80wt%的改性蛭石和2(T60wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料 l(T20wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在50(Γ650° C條件下保溫2 5h，即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法，其特征在于所述膨脹蛭石的粒徑為0. 05 lmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法，其特征在于所述鋁鹽溶液為硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁中的一種；鋁鹽溶液的濃度為0. 05、. 5mol/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法，其特征在于所述壓制的壓力為4 20MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法，其特征在于所述磷酸二氫鋁溶液的濃度為4(T60wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料的制備方法所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料及其制備方法。其技術(shù)方案是每克膨脹蛭石配10~20ml鋁鹽溶液，尿素與鋁鹽溶液中的Al3+的物質(zhì)的量比為(8~15)︰1，濃硫酸與鋁鹽溶液的體積比為1︰(400~500)。先按上述原料配比將膨脹蛭石、尿素、濃硫酸和鋁鹽溶液混合，在80~100℃下攪拌18~32小時(shí)，洗脫干燥后得到改性蛭石。再以40~80wt%的改性蛭石和20~60wt%的鎂橄欖石為原料混合，外加所述原料10~20wt%的磷酸二氫鋁溶液，攪拌，壓制成型，在500~650oC條件下保溫2~5h,即得低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料。因此，本發(fā)明所制備的低熱導(dǎo)率改性蛭石復(fù)合隔熱材料具有導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和應(yīng)用范圍較廣的特點(diǎn)。
文檔編號C04B35/66GK102503482SQ201110342128
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者吳斌, 周飛, 王春風(fēng), 趙義, 顧華志, 高雄, 黃奧 申請人:武漢科技大學(xué), 浙江自立股份有限公司