双氧水发泡法制备泡沫陶瓷外墙保温板.docx

科 学 实 验 ：双氧水发泡法制备泡沫陶瓷外墙保温板 杜 斌，刘 福 田，张 铭 霞，李 玲，张波（济南大学材料科学与工程学院 ，济 南 山东工业陶瓷研究设计院 ，淄 博 ）摘 要 本 文 以 粉 煤 灰 和 铜 尾 矿 为 主 要 原 料 ，掺 加 膨 润 土 和 赤 泥 ，以 长 石 为 助 熔 剂 ，双 氧水 为 发 泡 剂 ，聚 乙 烯 醇 为 稳 泡 剂 ，采 用 浆 料 发 泡 烧 结 法 制 备 泡 沫 陶 瓷 外 墙 保 温 板 。确 定 了 适 宜的 原 料 组 成 为 粉 煤 灰、铜 尾 矿、长 石、膨 润 土、赤 泥；双 氧 水 的 加 入 量 为。所 制 备 的 泡 沫 陶 瓷 的 性 能 为 ：吸 水 率 、体 积 密 度 、显 气 孔 率 为 、抗 压 强 度 为 、导 热 系 数 为 。关 键 词 双 氧 水 发 泡 ；烧 结 ；保 温 材 料 ；泡 沫 陶 瓷 ；粉 煤 灰 ；铜 尾 矿中 图 分 类 号 ：文 献 标 识 码 ：剂 、陶 瓷 料 浆 和 水 等 组 成 。通 过 机 械 发 泡 、注 射 发泡 、放 热 反 应 释 放 气 体 、低 熔 点 溶 剂 蒸 发 、发 泡 剂 分 解 等 方 法 ，可 以 使 悬 浮 液 产 生 泡 沫 。（）添 加 造 孔 剂 法所谓添加造 孔 剂 法 是指按照一定比例在陶瓷 坯 体 中 加 入 造 孔 剂 的 方 法 ，由 于 造 孔 剂 会 在 陶 瓷坯 体 中 占 有 一 定 体 积 ，造孔剂在锻烧过程中被分 解 ，形 成 具 有 一 定 形 状 的 孔 隙，。（）有 机 泡 沫 浸 渍 法该 法 最 先 由 美 国 学 者 等发 明 ：用 有 机 泡 沫 将 陶 瓷 浆 料 浸 渍 ，经 成 坯 干 燥 、烧 结 除 去 泡 沫 ，得 到 多 孔 陶 瓷 材 料 ，气孔形状与有机 泡 沫 形 状 相 似 。这 种 方 法制备的产品气孔率和强 度 都 较 高 ，然 而 并不适合小孔径闭气孔陶瓷的制 备 ，而 且 难 以 控 制 密 度 。（）自 蔓 延 高 温 合 成 法自 蔓 延 高 温 合 成 法 （）是 被 称 作 绿 色 工 艺 。这 种 方 法 在 合 成 材 料 过 程 中 具 有 反 应 时 间短 ，而 且 可 以 有 效 利 用 自 身 的 反 应 热 的 特 点 ，因 而 能 够 节 能 。然 而 ，这种方法的反应速率以及试样 的烧结尺寸却 很 难 得 到 控制 。本 文 利 用 粉 煤 灰 、铜 尾 矿 以 及 赤 泥 为 主 要 原 料 ，掺 加 少 量 的 长 石 和 膨 润 土 ，以水玻璃和氟硅酸 钠为早强剂，双氧水为发泡剂，聚乙烯醇为稳泡剂，引 言随 着 建 筑 使 用 功 能 要 求 的 提 高 ，建 筑 能 耗 备 受 关 注 。我 国 对 各 地区建筑物外墙的保温 、隔 热 提 出 了 明 确 的 要 求 ，公 安 部 于 年 月 日 下 发 文 件 ，要 求 民 用建筑外保温材 料 燃烧性 必须 为 级 ，因 此发展和使用低 生 产 能 耗 、具 有 良 好 的 保 温 、隔 热 功 能 又方便施工的新 型 墙体材 料是 我 国 建 材 行 业 发 展 的 必 然 趋 势 。泡 沫 陶 瓷 是 一 种 具 有 耐 高 温 特 性 的 多 孔 材料 ，其 发 展 始 于 世 纪 年 代 。 该 种 材 料 体 积 密 度 仅 有 ，气 孔 率 高 达 ，孔 径 在 微米级至纳米级之间不等 。 泡 沫 陶 瓷 的 制 备 方 法 有 很 多 ，其中应用比较 广 的有添加 造 孔 剂 法 、发 泡 法 、有 机 泡 沫 浸 渍 法 等 。（）生 物 模 板 法 生物模板法的原理是利用天然模拟生物材料的组织结构，仿生制备多孔陶瓷材料，这种材料具有其 遗传组织特点，而且有机无机界面和分级结构特性优越。这种方法在制备高 温 材料、骨 骼 移 植 材 料 和催化材料等方面的发展应用潜力很大。（）发 泡 法浆料发 泡法 是指在 陶瓷悬 浮 液中产生分散的 气 相 进 行 发 泡 ，悬 浮 液 一 般 是 由 表 面 活 性 剂 、粘 结收 稿 日 期 ：作 者 简 介 ：杜 斌 （），男 ，硕 士 研 究 生 ，济南大学材料学院 第 期杜 斌 等 ：双氧水发泡法制备泡沫陶瓷外墙保温板 表 矿物原料的化学组成 煤 灰 赤 泥铜 尾 矿长 石膨 润 土图 赤 泥 的 图 谱图 粉 煤 灰 的 照 片图 铜 尾 矿 的 照 片实 验 原 料 与 实 验 设 备不同地区排 放 的 固 体废弃物的化学组成区别 很 大 。为 便 于 利 用 同 一 地 区 的 固 体 废 弃 物 ，实 验 中 用 水 玻 璃 、氟 硅酸钠为早强剂使坯体具有一定 的 强 度 。 双 氧 水 为 发 泡 剂 ，聚 乙烯醇为稳泡剂 。实 验 中 用 到 的 主 要 仪 器 有 快 速 磨 釉 机 型 号 为、箱 式 电 阻 炉 型 号 为 。图 是 粉 煤 灰的扫描电镜照片 ，从 照 片 中 可 以 看 出 粉 煤 灰 颗 粒 分 散 性 较 好 ，粒 径 分 布 在 ，形 状 多 呈 球 形 ，颗 粒 表 面 无 附 着 现 象 。图 为 赤 泥 的扫描电镜照片 ，从 照 片 中 可 以 看 到 ，赤 泥 颗 粒 多 团 聚 粘 结 在 一 起 ，边 棱 粗 糙 不 明显 ，分 散 效 果 很 差 。图为 赤 泥 的 图 谱 ，从图中看出赤泥的 主要矿物有方 解 石 、蛋 白 石 、文石和三水铝石 。图 是 铜 矿 尾矿渣的扫描电 镜 照片 ，从 照 片 中 可 以 发 现 ，铜 矿 尾 矿 渣 颗 粒 结 构 不 规 整 ，形 状 多呈无规则的片状 ，而 且 分 散 性 较 好 。图 赤 泥 的 照 片采 用 浆 料 发 泡 烧 结 法制备泡沫陶瓷外墙保温板 ，变 废 为 宝 ，综 合 利 用 固 体 废 弃 物 。实 验 部 分第 卷山 东 陶 瓷时应先排除所测试样开口气孔中的空气，并 使 孔 隙中填满媒介液 体，然后分别称量在悬吊 在 液 体中 以 及空气中该试 样 的 质 量，根据所测结果计 算 出 泡沫 陶瓷的气孔 率。根据阿基米德原理，这 两 次 的 测 量 结果差值与所测样品所排开的同体积液体的质量相 等，用媒介液体的比重去除这两次称量 结 果 的差 值 即可知道所测样品的实际体积。测得干燥的试样的 重量为 ，将试样在水中完全浸泡后从水中取 出擦干表面的水立即称得试样的重量为 ，试样在 水中的重量为 。由此可以得到试样的密度，吸水率和显气孔率：体 积 密 度 （）吸 水 率 （）显 气 孔 率 （）（）（）气 孔 形 貌 的 分 析（）（）（）图 制备工艺流程图 用 扫 描 电 镜 对试样内部气孔的形貌 、气 孔 分布 情 况 以 及 孔 壁状态进行观察 ，以 便 对 实 验 方 案 进 行 改 善 。实 验 步 骤图为制备泡沫陶瓷外墙保温板的工艺流程图。表 征结 果 及 分 析浆 料 发 泡 烧 结 法 制 备 泡 沫 陶 瓷实 验 中 ，双 氧 水 的 加 入 量 为 、 射 线 荧 光 光 谱 分 析 射 线 荧 光 光 谱 分 析 技 术 在 试 样 元 素 的 定 性 分 析 、定 量 分 析 以 及各物相组分含 量 的测试 分析 方 面 被 广 泛 应 用 。 该方法操作简便 ，测 试 结 果 准 确 性 较 高 ，实 验设 备简单易于操作 。 本 实 验 中 主要 用 此 方 法 分 析各原料的化学 组 成成分 ，以 方 便 于 配 料 的 计 算 。 扫 描 电 镜 分 析 （） 分 析 可 以很好地显示试 样 内 部 的 微 观 结 构 ，图 像 直 观 形 象 、立 体 感 强 、分 辨 率 高 。 本 实验中用 于观 察原料形态 和气孔 的 形态以及分布情 况 。实 验 条 件 ：样 品 经 镶 嵌 后 ，打 磨 ，抛 光 。 所 用仪 器 为 日 本 日 立 公 司 生 产 的 型 扫 描 电 镜 。该 仪 器 分 辨 率 达 ，放 大 率 倍 。实 验 条 件 为 ：加 速 电 压 分 级连 续 可 调 ，样 品 尺 寸 最 大 可 到 。、。实 验 表 明 当 双 氧 水 的 量 低 于 时 ，由于双氧水的量 过 少 ，产 生 的 气 泡 不 足 ，坯 体 中 的 气孔 较 少 ；当 双 氧 水 的 量 超 过 时 ，产 生 的 气 体 太 多 ，气 泡 过 剩 ，使 得 坯 体 开 始 出 现 “塌 模”现 象 。所制备试样的性 能 见 表 。双 氧 水 量 对 体 积 密 度 的 影 响图 为 双 氧 水 加 入 量 对 体 积 密 度 的 影 响 曲 线 。从 图 知 ，随 着 双 氧 水 加 入 量 的 增 加 ，泡 沫 陶瓷的体积密度 呈 现 减 小 趋势 。这是因为随着双氧 水量的不断增大 ，其 分 解 产 生 的 气 体 也 在 增 加 ，坯 体“膨 胀”也 越 大 ，因 而 体 积 密 度 逐 渐 降 低 。泡沫加入量对显气 孔 率的 影响 图 是 泡 沫 加入量对显气孔 率 的影 响 曲 线 。从 图 知 随 着 双氧水量的增加 ，其 泡 沫 陶 瓷 的 显 气孔率逐渐升高 。泡 沫 能够稳定的存在是有一定 的 条 件 的 ，随 着 分 解 的 气 体 不 断 增 加 ，气 泡 与 气 泡 之间接触面积 的 增 大 ，为 了 降 低 表 面 能 ，泡 沫 不 断 的 增 大 ，当 它 到 一 定 的 限 度 后 ，就会出现破裂的现 象使得泡沫陶 瓷 的 显 气 孔率比较大 。抗 压 强 度 的 测 定采 用 型 液 压 万 能 材 料 试 验 机 测 定制 品 的 破 坏 载 荷 ，按 力 学 性 能 实 验 方 法进 行 测 定 ，并 计 算 出 制 品 的 抗 压 强 度 。泡沫陶瓷吸水率、体积密度和气孔率的测定该实验测定泡沫陶瓷的吸水率、密 度 和 气 孔 率时选用排水 法。这 种 方 法 是 运 用 阿 基 米 德 原 理，根泡 沫 加 入 量 对 吸 水 率 的 影 响图 为双氧 水 加 入 量对吸水率的影响曲线 。据液体静力秤重法来进行实验运用与测定的。实验第 期杜 斌 等 ：双氧水发泡法制备泡沫陶瓷外墙保温板 表 泡沫陶瓷的性能指标 导 热系 数（）配 比编 号双 氧 水 （）图 泡沫加入量对吸水率的影响 图 双氧水加入量对体积密度的影响 图 泡沫陶瓷的微观照片 由 图 知 随 着 双氧水量的增加 ，吸 水 率 呈 现 不 断增 大 的 趋 势 。 在 双 氧 水 加 入 量 比 较 低 时 ，分 解 产 生 的 气 体 之 间 接触的面积比较小 ，气 泡 合 并 和 长 大 的“机 会”比 较 小 ，成形后气泡仍然是一个封闭 的 空 间 ，孔 与 孔 之间完全是封闭的所以其吸水率 比 较 低 ；随 着 分 解 产 生 的 气 体 的 增 加 ，气 泡 与 气 泡之 间 接 触 面 积 变 大 ，气 泡 合 并 ，长 大 的 “机 会 ”变图 泡沫加入量对显气孔率的影响 第 卷山 东 陶 瓷大 ，成 形 后 孔 与 孔 之 间 是 相 互 连 通 的 。图 为 该实验方法 制备出 的 泡沫陶瓷实物照 片 以 及 照 片 。 从 实 物 照 片 看 出 泡 沫 陶 瓷 外表 气 孔 均 匀 ，表面 有一定程度的瓷化 。 从 微 观 结构 看 气 孔 壁 比 较 厚 ，气 孔 比 较 大 ，并且在气孔壁上 还 有 数 量 不 等 的 微 孔 ，这些微孔的存 在 使气孔与 气 孔 相 互 连 通 ，因 而 降 低 了 其 保 温 系 数 。参 考 文 献 杨 绍 文 曹 耀 华 李 清 氧化铝生产赤泥的综合利用 现 状 与进 展 矿产保护与利用 ，（）： ， ，（）： 欧 鹏 飞 王 帅 钟 宏 吴 诗 婷 唐 新 阳 多 孔 陶 瓷 材 料 的 制 备与应用研究进展 广 州 化 工 ，（）：， 究南京工业大学学报 结 论本文综合利用粉 煤 灰、铜 尾 矿 和 赤 泥 固 体 废 弃 物，掺加长石、膨 润 土 等 无 机 原 料，以 双 氧 水 为 发 泡 剂，聚乙烯醇为稳泡剂，双氧水的加入量为时，其 体积密度 、显 气 孔 率 为、吸 水 率 为、导 热 系 数 为，抗 压 强 度 为。， ，（）： 肖 雄 发泡注浆成形制备多孔保温材料 武 汉 ：武 汉 理 工大 学 ，（ ， ，） ， ， ， ， ； ：，； ； ； ；櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂日用陶瓷设备企业大规模亮相广州陶瓷工业展 广 州 陶 瓷 工 业 展 将 于 月 日 至 月 日 在 广 交 会 琶 洲 展 馆 区 隆 重 举 行 ，八 大 展 馆 七 大 展 区 ，近 八 万 平 方 米 展 出 规 模 盛 况 空 前 。今 年 展 会 主 办 方 首 次 开 设 了“日 用 陶 瓷 设 备 专 区”，吸 引 国 内 外 多 家 名 企 参 展 ，成 为 业 内 人 士 高 度 聚 焦 热 点 。截 至 目 前 ，已 有 意 大 利 、德 国 、北 京 中 航 里 程 、唐 山 桑 莱 斯 、淄 博 宝 丰