RU2352544C1 - Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала - Google Patents
Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352544C1 RU2352544C1 RU2007148455/03A RU2007148455A RU2352544C1 RU 2352544 C1 RU2352544 C1 RU 2352544C1 RU 2007148455/03 A RU2007148455/03 A RU 2007148455/03A RU 2007148455 A RU2007148455 A RU 2007148455A RU 2352544 C1 RU2352544 C1 RU 2352544C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- highly porous
- production
- temperature
- polyurethane foam
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической технологии высокопористых материалов с сетчато-ячеистой структурой, в частности к способу получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала, и может быть использовано в химической промышленности для изготовления носителей катализаторов и элементов теплозащиты, в массообменных процессах и т.д. Техническим результатом изобретения является получение высокопористого ячеистого стеклокерамического материала необходимой формы, уменьшение энергозатрат и удешевление исходного сырья. Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала включает пропитку полимерной матрицы (пенополиуретана) раствором шликера, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды с последующей сушкой и нанесением на полученную заготовку золя с дальнейшей сушкой и высокотемпературной обработкой. Причем в качестве шликера используют тонкоизмельченное стекло, включающее следующие компоненты в мас.%: SiO2 - 53-70; CaO - 10,3-18,8; MgO - 19,2-28,8; а также сверх 100%: Na2O - 5,0-7,0; Fe2O3 - 5,0-7,0; Al2О3 - 6,0-8,0; Cr2O3 - 0,7-1,5 и 5-7% водный раствор поливинилового спирта, в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла: ПВС). Высокотемпературная обработка пропитанной шликером пенополиуретановой матрицы включает стадии спекания и кристаллизации при температуре 800-830°С с временем выдержки 1,5-3 часа.
Description
Настоящее изобретение относится к области химической технологии высокопористых материалов с сетчато-ячеистой структурой, в частности к способу получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала, и может быть использовано в химической промышленности для изготовления носителей катализаторов и элементов теплозащиты, в массообменных процессах и т.д.
В последнее время все большую популярность среди макропористых материалов завоевывают высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) на основе различных видов керамики и металлов. Такие материалы применяются для фильтрации горячих воздушных потоков и расплавов металлов, изготовления носителей катализаторов и элементов теплозащиты, в массообменных процессах и т.д. Подобные материалы характеризуются развитой удельной поверхностью и малой кажущейся плотностью (Анциферов В.Н. Применение ячеистых высокопористых материалов. / В.Н.Анциферов, М.Ю.Калашников // Экология и пром. России. - 1997. - №II. - С.14-17).
Известен способ получения неорганических пористых материалов на основе стекла и стеклокерамики путем золь-гель перехода, имеющих взаимосоединенные непрерывные макропоры со средним диаметром более 0,1 мм и имеющих мезопоры на стенках указанных макропор со средним диаметром 2-100 нм. Этот способ предусматривает растворение растворимого в воде полимера или другого порообразующего агента и исходного вещества для агента, растворяющего матрицу в среде, которая способствует гидролизу металлорганических соединений. Смешивание металлорганического соединения, которое содержит гидролизуемые лиганды, в среде, способствующей реакции гидролиза. Твердение смеси происходит через золь-гель переход, при котором образуется гель, имеющий трехмерные взаимодействующие фазные области, одна из которых богата растворителем, а другая неорганическим компонентом, содержащим поверхностные поры. Далее происходит отверждение агента, растворяющего матрицу, не содержащего исходного вещества. При этом агент, растворяющий матрицу, изменяет структуру неорганического компонента. Затем происходит сушка и/или термообработка и наконец обжиг геля до образования пористого материала.
В качестве неорганического компонента используют кремнезем (SiO2), a в качестве исходного вещества, агента, растворяющего матрицу-мочевину (карбамид) или любое другое соединение, содержащее амидную или алкиламидную группу.
В качестве порообразующего агента используют нейтральные ПАВ (пат. США 6207098 В, кл. 264/414 от 27.03.2001 г.).
Однако этот способ не позволяет получать ячеистые стеклокристаллические материалы с характерным размером пор (ячеек) от 0,5 до 4 мм.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокопористых керамических изделий с сетчато-ячеистой структурой путем пропитки полимерной матрицы (полиуретана) шликером, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды, с последующей сушкой и нанесением на полученную заготовку алюмозоля или хлорида алюминия без или с введением активных добавок при рН 4+2. Затем изделия высушивают и обжигают при температуре 1450-1500°С (пат. РФ №2294317, кл. С04В 38/00 от 15.03.07).
Однако этот способ требует больших затрат на сырьевые материалы и электроэнергию.
Задачей изобретения является обеспечение возможности получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала необходимой формы, уменьшение энергозатрат на получение продукта и удешевление исходного сырья.
Поставленная задача решается способом получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала путем пропитки полимерной матрицы, состоящей из пенополиуретана, раствором шликера, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды, с последующей сушкой и нанесением на полученную заготовку золя с дальнейшей сушкой и высокотемпературной обработкой, причем в качестве шликера используют стекло, измельченное в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=(2-3):(1-1,3):(2,5-3), полученное путем варки компонентов шихты, состоящей из SiO2, СаСО3, MgO, Na2СО3, Al2О3, Fe2О3, Cr2О3 с получением дисперсной фазы, состоящей из стекла, включающего следующие компоненты в мас.%:
SiO2 - 53-70;
CaO - 10,3-18,8;
MgO - 19,2-28,8;
а также сверх 100%:
Na2О - 5,0-7,0;
Fe2O3 - 5,0-7,0;
Al2О3 - 6,0-8,0;
Cr2O3 - 0,7-1,5
и 5-7% водный раствор поливинилового спирта в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла: ПВС), а высокотемпературная обработка пропитанной шликером пенополиуретановой органической матрицы включает стадии спекания и кристаллизации при температуре 800-830°С с временем выдержки 1,5-3 часа.
Пример 1
Сырьевая база для получения ячеистого стеклокристаллического материала состоит из стекла, кристаллизация которого проходит в области пироксенов. После смешивания сырьевых материалов в газовой печи варят стекло при температуре 1480°С. Состав полученного стекла SiO2=70,0 мас.%, Na2O=7,0 мас.%, СаО=10,3 мас.%, MgO=19,7 мас.%, Al2О3=7,0 мас.%, Fe2O3=5,0 мас.%, Cr2О3 0,7 мас.%. Оксиды Na2O, Al2О3, Fe2О3, Cr2O3 в состав стекла вводятся сверх 100%. После варки полученное стекло измельчали в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=2,0:1:2,5. Измельченное стекло смешивали с 5% водным раствором поливинилового спирта (ПВС) в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла : ПВС) до образования устойчивой шликерной суспензии. Заготовки пенополиуретана (ПНУ) с размером ячеек от 1,5-4,0 мм пропитывали полученным шликером. Избыток шликера отжимали. Заготовку сушили в муфельной печи при температуре 100°С в течение 80 мин. Далее заготовку погружали в золь кремниевой кислоты и снова сушили в сушильном шкафу при температуре 150°С 1,5 часа. Высокотемпературная обработка полученных после последней сушки образцов проводилась в печи с карбидокремниевыми электродами при 810°С с выдержкой 3 часа для прохождения процесса кристаллизации. В процессе кристаллизации идет выделение пироксеновых твердых растворов на основе диопсида. Полученный материал обладает кажущейся плотностью 0,28 г/см3, пористостью 90%, прочностью при сжатии 0,6 МПа, объемной усадкой 8%, размером ячеек 1,0-3,5 мм, потерей в весе при кипячении в конц. HCl - 1,2%.
Пример 2:
После смешивания сырьевых материалов варят стекло при температуре 1500°С. Состав полученного стекла SiO2=60,0 мас.%, CaO=11,8 мас.%, MgO=28,2 мас.%, Na2O=5,0 мас.%, Al2O3=8,0 мас.%, Fe2O3=7,0 мас.%, Cr2O3 1,2 мас.%. Оксиды Na2O, Al2O3, Fe2О3, Cr2O3 в состав стекла вводятся сверх 100%. После варки полученное стекло измельчали в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело : стекло : Н2О (дист.)=3,0:1,3:3,0.
Измельченное стекло смешивали с 7% водным раствором ПВС в соотношении 70:30 мас.% (порошок стекла: ПВС) до образования устойчивой шликерной суспензии. Заготовки пенополиуретана размером 0,5-2,5 мм пропитывали полученным шликером. Далее все как в примере 1. Высокотемпературная обработка проводилась при температуре 830°С с выдержкой 1,5 часа. В процессе кристаллизации идет выделение пироксеновых твердых растворов на основе диопсида. Технические характеристики полученного высокопористого стеклокристаллического материала:
| Кажущаяся плотность | 0,35 г/см3 |
| Пористость | 84% |
| Прочность при сжатии | 0,9 мПа |
| Объемная усадка | 4,0% |
| Размер ячейки спеченного образца | 0,5-2,0 мм |
| Потери в весе при кипячении в конц. HCl | 0,8% |
Как видно из примеров, полученный высокопористый ячеистый стеклокристаллический материал обладает высокими физико-химическими свойствами. Анализ полученных результатов показывает возможность получения высокопористых ячеистых материалов из стекла путем кристаллизации по заданному температурно-временному режиму. В качестве основных кристаллических фаз выделяются пироксеновые твердые растворы на основе диопсида, придающие данному материалу высокие физико-химические свойства. По сравнению с прототипом данный способ позволяет получать высокопористые ячеистые материалы с меньшими затратами на температурную обработку (снижение максимальной температуры термообработки с 1500°С до 830°С) и на сырьевые материалы (в 1,5-2 раза).
Claims (1)
- Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала, включающий пропитку полимерной матрицы (пенополиуретана) раствором шликера, состоящим из дисперсной фазы и дисперсионной среды на основе поливинилового спирта с последующей сушкой и обжигом для удаления органической составляющей, нанесением на полученную заготовку золя с сушкой и дальнейшей высокотемпературной обработкой, отличающийся тем, что в качестве шликера используют стекло, измельченное в шаровой мельнице до дисперсного состояния менее 10 мкм, с соотношением мелющее тело:стекло:H2Oдист=(2-3):(1-1,3):(2,5-3), полученное путем варки компонентов шихты, при температуре 1450-1500°С с получением дисперсной фазы, состоящей из стекла, включающего следующие компоненты, мас.%:
SiO2 53-70 CaO 10,3-18,8 MgO 19,2-28,8
а также сверх 100%:
Na2O 5,0-7,0 Fe2O3 5,0-7,0 Al2O3 6,0-8,0 Cr2O3 0,7-1,5
и 5-7%-ный водный раствор поливинилового спирта в соотношении 70:30 (мас.% порошок стекла:ПВС), а высокотемпературная обработка пропитанной шликером пенополиуретановой матрицы включает стадии спекания и кристаллизации при температуре 800-830°С с временем выдержки 1,5-3 ч.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148455/03A RU2352544C1 (ru) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148455/03A RU2352544C1 (ru) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2352544C1 true RU2352544C1 (ru) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007148455/03A RU2352544C1 (ru) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352544C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569651C1 (ru) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
-
2007
- 2007-12-27 RU RU2007148455/03A patent/RU2352544C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569651C1 (ru) * | 2014-06-09 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И.Менделеева" (РХТУ им. Д.И.Менделеева) | Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zong et al. | Preparation of anorthite-based porous ceramics using high-alumina fly ash microbeads and steel slag | |
| US10487005B2 (en) | Porous glass ceramic composition and method for manufacturing the same | |
| Mao et al. | Porous ceramics with tri-modal pores prepared by foaming and starch consolidation | |
| WO2018006835A1 (zh) | 一种具有双重孔结构的耐高温轻质绝热材料及其制备方法 | |
| Shi et al. | In-situ synthesis and properties of cordierite-bonded porous SiC membrane supports using diatomite as silicon source | |
| Liu et al. | A novel approach to fabricate porous alumina ceramics with excellent properties via pore-forming agent combined with sol impregnation technique | |
| CN103467072B (zh) | 一种轻质微孔刚玉陶瓷的制备方法 | |
| MX2011002888A (es) | Metodo para hacer compuestos conteniendo mullita porosa. | |
| CN106542846A (zh) | 一种高比表面积高强度氧化铝泡沫陶瓷的制备方法 | |
| CN101074161B (zh) | 一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷及其制备方法 | |
| CN108484149A (zh) | 一种NaA分子筛膜支撑体制备方法 | |
| CN116693324B (zh) | 具有多级孔结构的轻质隔热钛酸铝多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN103641503A (zh) | 高炉用抗侵蚀莫来石砖及其制备方法 | |
| Luan et al. | Hierarchically cell-window structured porous cordierite prepared by particle-stabilized emulsions using potato starch as a modifier | |
| CN110510990A (zh) | 功能紫砂滤芯陶及其制备方法 | |
| CN101104564A (zh) | 一种高性能陶瓷蓄热球生产工艺 | |
| RU2352544C1 (ru) | Способ получения высокопористого ячеистого стеклокристаллического материала | |
| CN104072190B (zh) | 一种SiC多孔陶瓷的制备方法 | |
| RU2351573C2 (ru) | Способ производства фильтрующей пенокерамики | |
| CN110193382A (zh) | 利用凹凸棒制备孔隙度可调的网眼陶瓷催化剂载体的方法 | |
| CN105924138A (zh) | 细孔径泡沫陶瓷的制备方法 | |
| CN110128163B (zh) | 一种利用废弃催化剂制备堇青石多孔陶瓷材料的方法 | |
| CN103517885B (zh) | 陶瓷加工烧制 | |
| CN106673691A (zh) | 一种硅铝系陶质多孔材料及其制备方法 | |
| CN112851394A (zh) | 一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101228 |