一种耐高温无机粘结剂及其制备方法与流程

2021-02-02 18:02:47|

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本发明涉及粘结剂技术领域，更具体地说，是涉及一种耐高温无机粘结剂及其制备方法。

背景技术：

无机粘结剂与有机粘结剂相比，具有无毒、耐温高的特点，使用温度可以达到1000℃以上。常用的无机粘结剂主要有硅酸盐类粘结剂和磷酸盐类粘结剂两大类。硅酸盐类粘结剂是以硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等为主要成分的粘结剂，这类粘结剂脆性大，通常使用温度为900℃以下，且这类粘结剂耐酸碱性和耐水性较差。磷酸盐类粘结剂与硅酸盐类粘结剂相比，具有相对较好的耐水及耐温性能，但这类粘结剂工艺相对复杂，固化时间长、固化温度高。

公开号为cn106590516a的中国专利公开了一种耐高温化工用复合粘结剂及其制备方法，该粘结剂由异氰酸酯固化剂、多官能团环氧树脂胶、硼聚硅酸酯、氟聚硅酸酯、磷酸二氢铝、锆溶胶、助剂、玻璃纤维、活性填充剂、无机填料、耐高温改性聚氨酯、水组成；能够作为涂料成膜物质且能够耐受1600℃以上温度，使得涂层成膜后的材料具有优异的耐热性能和胶层强度，耐高温性能好。但是，该粘结剂有机物含量高，在高温使用过程中易产生有毒污染性气体，且制备工艺复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高温无机粘结剂及其制备方法，本发明提供的耐高温无机粘结剂有机物含量低、无毒害，可在常温条件下固化且固化时间短，同时具有优异的热稳定性能及粘结强度。

本发明提供了一种耐高温无机粘结剂，由包括以下组分的原料制备而成：

无机溶胶30重量份～50重量份；

一级纤维15重量份～30重量份；

二级纤维0～5重量份；

氧化铝熟料3重量份～10重量份；

无机粉料3重量份～8重量份；

钠基膨润土1重量份～5重量份；

增稠剂0.1重量份～1重量份；

所述一级纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维和岩棉纤维中的一种或多种；

所述二级纤维选自高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和有机纤维中的一种或多种。

优选的，所述无机溶胶为氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或氧化锆溶胶；

所述无机溶胶的固含量为20wt.％～40wt.％，平均粒径为10nm～40nm。

优选的，所述氧化铝熟料的平均粒径为13μm～35μm。

优选的，所述无机粉料选自高岭土、叶腊石、堇青石和电熔石英粉中的一种或多种；

所述无机粉料的平均粒径为50μm～80μm。

优选的，所述钠基膨润土的平均粒径为40μm～50μm。

优选的，所述增稠剂选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、丙烯酸聚合物乳液和缔合型聚氨酯中的一种或多种。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温无机粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将无机溶胶、一级纤维和二级纤维混合球磨，得到混合料；

b)在步骤a)得到的混合料中依次加入氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂，混合均匀，得到耐高温无机粘结剂。

优选的，步骤a)中所述混合球磨的球磨介质为直径为5mm～10mm的刚玉球，球料比为(2～3)：1，球磨时间为10min～20min。

优选的，步骤a)中所述混合球磨后得到的混合料的纤维长度为30μm～100μm。

优选的，步骤b)中所述混合均匀的方式为球磨；所述球磨的时间为5min～10min。

本发明提供了一种耐高温无机粘结剂，由包括以下组分的原料制备而成：无机溶胶30重量份～50重量份；一级纤维15重量份～30重量份；二级纤维0～5重量份；氧化铝熟料3重量份～10重量份；无机粉料3重量份～8重量份；钠基膨润土1重量份～5重量份；增稠剂0.1重量份～1重量份；所述一级纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维和岩棉纤维中的一种或多种；所述二级纤维选自高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和有机纤维中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的耐高温无机粘结剂采用无机溶胶作为基料，添加其他特定含量组分，整体实现较好的相互作用，得到的耐高温无机粘结剂固化时间短，只需常温条件下即可固化，可在1000℃～1300℃的温度范围内使用，并且结合强度高，热稳定性能好；此外，该耐高温无机粘结剂还可以作为表面增强涂料涂覆于无机材料基体表面，起到表面硬化和提高机械强度的作用。

此外，本发明提供的制备方法主要采用球磨工艺，工艺简单、易控，条件温和，适合大规模工业生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种耐高温无机粘结剂，由包括以下组分的原料制备而成：

无机溶胶30重量份～50重量份；

一级纤维15重量份～30重量份；

二级纤维0～5重量份；

氧化铝熟料3重量份～10重量份；

无机粉料3重量份～8重量份；

钠基膨润土1重量份～5重量份；

增稠剂0.1重量份～1重量份；

所述一级纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维和岩棉纤维中的一种或多种；

所述二级纤维选自高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和有机纤维中的一种或多种。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括无机溶胶、一级纤维、二级纤维、氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂，优选由无机溶胶、一级纤维、二级纤维、氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂组成。

在本发明中，所述无机溶胶优选为氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或氧化锆溶胶；本发明对所述无机溶胶的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。本发明采用无机溶胶作为基料，避免了采用硅酸盐基料耐水性和耐温性差的问题。在本发明中，所述无机溶胶的固含量优选为20wt.％～40wt.％，更优选为30wt.％～40wt.％；所述无机溶胶的平均粒径优选为10nm～40nm，更优选为15nm～40nm。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括30重量份～50重量份的无机溶胶，优选为30重量份～40重量份。

在本发明中，所述一级纤维选自硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维和岩棉纤维中的一种或多种，优选为酸铝纤维或和/或硅酸镁纤维。本发明对所述一级纤维的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维和岩棉纤维的市售商品即可。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括15重量份～30重量份的一级纤维，优选为15重量份～25重量份。

在本发明中，所述二级纤维选自高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和有机纤维中的一种或多种，优选为高硅氧纤维、无碱玻璃纤维和中碱玻璃纤维中的一种或多种；其中，所述有机纤维包括pva纤维、聚丙烯腈系纤维和尼龙纤维中的一种或多种。本发明对所述二级纤维的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和有机纤维的市售商品即可。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括0～5重量份的二级纤维，优选为3重量份～5重量份；所述二级纤维的主要作用主要是提高热震性能，由于其耐温低，加入量过高会影响产品的耐温性能。

本发明采用上述两级纤维作为粘结剂的填料，两级纤维的复配能够提高粘结剂的耐热冲击性能。

在本发明中，所述氧化铝熟料的平均粒径优选为13μm～35μm，更优选为25μm～35μm。本发明对所述氧化铝熟料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括3重量份～10重量份的氧化铝熟料，优选为7重量份～9重量份。

在本发明中，所述无机粉料优选选自高岭土、叶腊石、堇青石和电熔石英粉中的一种或多种，更优选为高岭土、叶腊石、堇青石或电熔石英粉。本发明对所述无机粉料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述高岭土、叶腊石、堇青石和电熔石英粉的市售商品即可。在本发明中，所述无机粉料的平均粒径优选为50μm～80μm，更优选为60μm～80μm。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括3重量份～8重量份的无机粉料，优选为3重量份～6重量份。

在本发明中，所述钠基膨润土的平均粒径优选为40μm～50μm。本发明对所述钠基膨润土的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括1重量份～5重量份的钠基膨润土，优选为2重量份～3重量份。

本发明上述粉料(氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土)的粒度合理级配，能够提高粘结剂的热稳定性。

在本发明中，所述增稠剂优选选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、丙烯酸聚合物乳液和缔合型聚氨酯中的一种或多种，更优选为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的一种或多种。本发明对所述增稠剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、丙烯酸聚合物乳液和缔合型聚氨酯的市售商品即可。

在本发明中，所述耐高温无机粘结剂包括0.1重量份～1重量份的增稠剂，优选为0.15重量份～0.2重量份。

本发明提供的耐高温无机粘结剂采用无机溶胶作为基料，添加其他以无机材料为主的特定含量组分，有机物含量低，因此在高温使用中不会产生有毒性污染气体；并且上述特定含量组分整体实现较好的相互作用，得到的耐高温无机粘结剂固化时间短，只需常温条件下1h～5h即可固化，可在1000℃～1300℃的温度范围内使用，并且结合强度高，热稳定性能好，可广泛用于工业窑炉的修补；此外，该耐高温无机粘结剂还可以作为保护涂层涂敷于无机基材表面，用来提高材料的机械性能。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的耐高温无机粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将无机溶胶、一级纤维和二级纤维混合球磨，得到混合料；

b)在步骤a)得到的混合料中依次加入氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂，混合均匀，得到耐高温无机粘结剂。

本发明首先将无机溶胶、一级纤维和二级纤维混合球磨，得到混合料。在本发明中，所述无机溶胶、一级纤维和二级纤维与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。

本发明对所述混合球磨的装置没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的搅拌球磨机即可。在本发明中，所述混合球磨的球磨介质优选为直径为5mm～10mm的刚玉球；所述混合球磨的球料比优选为(2～3)：1；所述混合球磨的球磨时间优选为10min～20min。

在本发明中，所述混合球磨后得到的混合料的纤维长度优选为30μm～100μm。

得到所述混合料后，本发明在得到的混合料中依次加入氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂，混合均匀，得到耐高温无机粘结剂。在本发明中，所述氧化铝熟料、无机粉料、钠基膨润土和增稠剂与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。

在本发明中，所述混合均匀的方式优选为球磨；即直接在混合球磨后得到的混合料中继续进行加料并实现混合均匀即可。在本发明中，所述球磨的时间优选为5min～10min，更优选为5min。

本发明提供的制备方法主要采用球磨工艺，工艺简单、易控，条件温和，适合大规模工业生产。

此外，本发明提供的制备方法主要采用球磨工艺，工艺简单、易控，条件温和，适合大规模工业生产。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的原料均为市售商品。

实施例1

本发明实施例1提供的耐高温无机粘结剂的组分如下：

氧化硅溶胶30重量份；

硅酸铝纤维20重量份；

高硅氧纤维3重量份；

氧化铝熟料8重量份；

叶蜡石5重量份；

钠基膨润土2重量份；

甲基纤维素0.2重量份。

上述氧化硅溶胶的固含量为40wt.％；

上述氧化硅溶胶的平均粒径为15nm；

上述氧化铝熟料的平均粒径为30μm；

上述叶腊石的平均粒径为60μm；

上述钠基膨润土的平均粒径为45μm。

本发明实施例1提供的耐高温无机粘结剂的制备方法如下：

将上述氧化硅溶胶、硅酸铝纤维、高硅氧纤维于搅拌球磨机中混合球磨，球磨介质为直径为10mm的刚玉球，球料比为2：1，球磨时间为10min，使纤维长度达到80μm～100μm；然后依次加入氧化铝熟料、叶腊石、钠基膨润土、甲基纤维素，球磨5min，将物料混合均匀后即得到耐高温无机粘结剂。

实施例2

本发明实施例2提供的耐高温无机粘结剂的组分如下：

氧化硅溶胶40重量份；

硅酸镁纤维25重量份；

无碱玻璃纤维3重量份；

氧化铝熟料7重量份；

叶蜡石6重量份；

钠基膨润土3重量份；

羧甲基纤维素0.15重量份。

上述氧化硅溶胶的固含量为30wt.％；

上述氧化硅溶胶的平均粒径为25nm；

上述氧化铝熟料的平均粒径为35μm；

上述叶腊石的平均粒径为70μm；

上述钠基膨润土的平均粒径为50μm。

本发明实施例2提供的耐高温无机粘结剂的制备方法如下：

将上述氧化硅溶胶、硅酸镁纤维、无碱玻璃纤维于搅拌球磨机中混合球磨，球磨介质为直径为5mm的刚玉球，球料比为3：1，球磨时间为20min，使纤维长度达到30μm～40μm；然后依次加入氧化铝熟料、叶腊石、钠基膨润土、羧甲基纤维素，球磨5min，将物料混合均匀后即得到耐高温无机粘结剂。

实施例3

本发明实施例3提供的耐高温无机粘结剂的组分如下：

氧化锆溶胶40重量份；

硅酸铝纤维25重量份；

中碱玻璃纤维3重量份；

氧化铝熟料7重量份；

电熔石英6重量份；

钠基膨润土3重量份；

羟丙基甲基纤维素0.15重量份。

上述氧化锆溶胶的固含量为30wt.％；

上述氧化锆溶胶的平均粒径为30nm；

上述氧化铝熟料的平均粒径为25μm；

上述电熔石英的平均粒径为80μm；

上述钠基膨润土的平均粒径为40μm。

本发明实施例3提供的耐高温无机粘结剂的制备方法如下：

将上述氧化锆溶胶、硅酸铝纤维、中碱玻璃纤维于搅拌球磨机中混合球磨，球磨介质为直径为8mm的刚玉球，球料比为2.5：1，球磨时间为15min，使纤维长度达到50μm～60μm；然后依次加入氧化铝熟料、电熔石英、钠基膨润土、羟丙基甲基纤维素，球磨5min，将物料混合均匀后即得到耐高温无机粘结剂。

实施例4

本发明实施例4提供的耐高温无机粘结剂的组分如下：

氧化铝溶胶30重量份；

硅酸铝纤维15重量份；

高硅氧纤维5重量份；

氧化铝熟料9重量份；

高岭土3重量份；

钠基膨润土2重量份；

乙基羟乙基纤维素0.2重量份。

上述氧化铝溶胶的固含量为30wt.％；

上述氧化铝溶胶的平均粒径为40nm；

上述氧化铝熟料的平均粒径为30μm；

上述高岭土的平均粒径为70μm；

上述钠基膨润土的平均粒径为43μm。

本发明实施例4提供的耐高温无机粘结剂的制备方法如下：

将上述氧化铝溶胶、硅酸铝纤维、高硅氧纤维于搅拌球磨机中混合球磨，球磨介质为直径为10mm的刚玉球，球料比为2：1，球磨时间为10min，使纤维长度达到80μm～100μm；然后依次加入氧化铝熟料、高岭土、钠基膨润土、乙基羟乙基纤维素，球磨5min，将物料混合均匀后即得到耐高温无机粘结剂。

实施例5

本发明实施例5提供的耐高温无机粘结剂的组分如下：

氧化硅溶胶40重量份；

硅酸镁纤维25重量份；

高硅氧纤维3重量份；

氧化铝熟料7重量份；

堇青石6重量份；

钠基膨润土3重量份；

甲基纤维素0.15重量份。

上述氧化硅溶胶的固含量为30wt.％；

上述氧化硅溶胶的平均粒径为30nm；

上述氧化铝熟料的平均粒径为25μm；

上述堇青石的平均粒径为68μm；

上述钠基膨润土的平均粒径为40μm。

本发明实施例5提供的耐高温无机粘结剂的制备方法如下：

将上述氧化硅溶胶、硅酸镁纤维、高硅氧纤维于搅拌球磨机中混合球磨，球磨介质为直径为8mm的刚玉球，球料比为2：1，球磨时间为15min，使纤维长度达到70μm～80μm；然后依次加入氧化铝熟料、堇青石、钠基膨润土、甲基纤维素，球磨5min，将物料混合均匀后即得到耐高温无机粘结剂。

对本发明实施例1～5提供的耐高温无机粘结剂的各项性能进行测试；粘结剂的拉伸粘结强度的测试方法依据gb/t6329-1996，其中试棒采用莫来石质浇注料。测试结果参见表1所示。

表1本发明实施例1～5提供的耐高温无机粘结剂的各项性能数据

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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