專利名稱：多孔制品的制造技術(shù)
本發(fā)明涉及多孔制品的制造，它是對我們1993年3月4日申請的，出版號為WO93/04103的，專利申請PCT/GB92/01493所公開的發(fā)明的一種發(fā)展或改進。該說明書的所有內(nèi)容在此引入作為參考。
在該較早期專利申請里所敘述并要求專利保護的方法包括下述步驟形成一個分散體，這分散體包括在一種液體載體中的耐火材料顆粒；將氣體引進該分散體中；以及除去該液體載體提供一個來源于氣泡的多孔的固體制品，其特征是控制該分散體的臨界粘度從大約5mPa.s(低于此數(shù)值時，截留的氣泡將有逃逸的趨勢)，到大約1000mPa.s(高于此數(shù)值時，截留的氣泡將不能引入)。臨界粘度優(yōu)選從大約20mPa.s到大約250mPa.s。在氣體引入后，除去液體載體，一般由加熱除掉水。
一任選的步驟是，當(dāng)液體載體被除去時，一種可聚合單體的夾雜有作用?？扇苄员┧猁}和丙烯酰胺選定作為適當(dāng)?shù)奶砑觿?，它們靠使用催化劑?或熱來聚合。
在某些環(huán)境下，對于一件多孔制品來說，這些孔需要有高的互連性。本發(fā)明基于這樣一種認識，就是這種制品可以一定的方式進行發(fā)泡來制得，或者制品可以容易地被形成預(yù)定的多孔結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，一方面提供了一種制造多孔耐火制品的方法，該方法包括下列步驟-形成一種耐火顆粒的水分散體，包括一種可聚合單體組分，它可以在聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生一種溫升；-加一種熱分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)；-加試劑如引發(fā)劑和/或催化劑以引發(fā)聚合反應(yīng)；-調(diào)節(jié)溫度和/或壓力，以使得產(chǎn)生氣體的物質(zhì)在單體組分的聚合反應(yīng)之前或在引發(fā)階段期間產(chǎn)生氣體，由此，氣體形成氣泡，這些氣泡在溫升的熱作用下，互相連接而形成一種互連的開口孔結(jié)構(gòu)。
熱分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下將就地產(chǎn)生氣體。產(chǎn)生氣體的溫度取決于上述物質(zhì)總的條件，例如溫度和壓力。該物質(zhì)優(yōu)選是一種在分解之后不會留下具有污染趨向的殘渣的，在大約7.5和9之間的pH值下分解，而且不會產(chǎn)生抑制聚合反應(yīng)的游離氧的物質(zhì)。優(yōu)選的物質(zhì)是碳酸銨，碳酸氫銨，氨基甲酸銨等。也可以應(yīng)用金屬碳酸鹽，殘留的金屬氧化物的存在將沒有不利的影響。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是靠控制溫度和壓力來控制產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的分解速度。然后，發(fā)泡反應(yīng)可由伴隨著聚合反應(yīng)開始的溫度增加來觸發(fā)。在聚合反應(yīng)開始及使用催化劑之前，這種觸發(fā)過程需要對分散體控制溫度和壓力。另一方面，該分散體可在預(yù)定的壓力和溫度下貯存，而且微波能量可以用來引發(fā)聚合反應(yīng)和分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)。
顆粒可從多種材料得到，像金屬，金屬氧化物，非金屬陶瓷和金屬陶瓷。為了說明，給出一些非限制性實例，包括氧化鋁，堇青石，氧化鎂，莫來石，硅石，碳化硅，氮化硅，氮化鎢，氧化鋯等。
在一任選的步驟里，可在大氣壓下使用碳酸銨等作為產(chǎn)生氣體的物質(zhì)進行發(fā)泡，方法是應(yīng)用一種在高于硫酸銨操作溫度下引發(fā)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑。這些引發(fā)劑是已經(jīng)熟知的。選擇引發(fā)劑的種類和濃度以延遲聚合反應(yīng)的開始，直到在發(fā)泡劑于大氣壓下在60℃時已分解之后為止。在另一任選步驟方面，組合物含有過硫酸銨等物質(zhì)作為引發(fā)劑，以及發(fā)泡劑是一種在低于過硫酸鹽分解溫度下分解的物質(zhì)。這種試劑也是已經(jīng)熟知的，例如揮發(fā)性液體，氣體和鹵代烴。在另一任選的步驟里，熱分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)是一種鹵代烴，反應(yīng)可以在減壓下進行。
形成的多孔制品可按已知的方法脫模、干燥和燒結(jié)。該制品可用于工業(yè)用途。
為了更好地了解本發(fā)明，現(xiàn)在參照下列實例來加以說明。
實例I氧化鋁(70g)，一種包括丙烯酸銨29.1％，亞甲基雙丙烯酰胺0.9％，其余為水的預(yù)混合溶液(21.27g)，以及包括聚丙烯酸酯(1g)和聚甲基丙烯酸酯(2g)的銨鹽溶液的分散劑，與去離子水(5g)混合形成一種均質(zhì)泥漿。然后，適量的發(fā)泡劑(碳酸氫銨)與泥漿混合并讓其溶解。接著加入引發(fā)劑(過硫酸銨)和最后加入泡沫穩(wěn)定劑(表面活性劑-Triton X-100)。(TRITON是Union Carbide公司的商標(biāo))。制備的泥漿而后轉(zhuǎn)移到微波爐中并加熱到70-80℃，在1分鐘下分解碳酸銨。
進行了各種各樣的試驗，如調(diào)節(jié)微波功率設(shè)定和引發(fā)劑以及發(fā)泡劑濃度。引發(fā)劑濃度為每份樣品在0.3g和0.075g之間變化。發(fā)泡劑濃度是每份樣品在1g和3g之間變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑的添加對陶瓷泥漿的量沒有影響。碳在泥漿中混合的碳酸氫銨結(jié)晶傾向于沉淀到容器的底部。在微波應(yīng)用期間，當(dāng)溫度接近60℃時，在容器底部的結(jié)晶趨向于分解，并且在容器的底部產(chǎn)生一種氣窩。在泥漿內(nèi)溶解的碳酸氫銨分解產(chǎn)生小的氣泡，這些氣泡則隨著增加溫度而增長并且變成互相連接。在泡沫產(chǎn)生之后，發(fā)泡的樣品在室溫干燥1天，然后在60℃再保持1天。而后，接著在1550℃時燒結(jié)2小時。表1表示在某些實驗樣品情況下所得到的生坯和燒結(jié)制品的密度。
實例II像實例I一樣，將氧化鋁，預(yù)先混合的溶液和分散劑等混合。發(fā)泡劑(碳酸銨)被粉碎成細粉末并且混合在泥漿中。接著添加引發(fā)劑(過硫酸銨)1.2g。然后，將泡沫穩(wěn)定劑(表面活性劑)與泥漿混合，最后加入少量的催化劑(四甲基乙二胺)0.05ml。泥漿在室溫下轉(zhuǎn)移到真空干燥器里。在減壓到大約60mmHg下，該泥漿開始分解產(chǎn)生泡沫。這種情況是非常意外的，好象碳酸銨被分解和產(chǎn)生氣體。
隨著聚合反應(yīng)開始，當(dāng)氣體溫度增加時，泡沫甚至進一部擴大。這就需要在真空室內(nèi)增加壓力以補償擴大的泡沫。幾分鐘后聚合反應(yīng)完成，使室內(nèi)的壓力回復(fù)到大氣壓下，從室內(nèi)除去聚合的泡沫。結(jié)果就得到一種具有極端開口孔結(jié)構(gòu)和低密度的陶瓷泡沫。該發(fā)泡樣品在室溫干燥1天，然后在60℃再干燥1天。然后在1550℃時燒結(jié)2小時。表II表示一種樣品所獲得的生坯密度和燒結(jié)的密度。
實例III氧化鋁(75g)，一種包括丙烯酸銨(29.19g)、亞甲基雙丙烯酰胺(0.9％)其余為水的預(yù)混合溶液(21.27g)，以及包括聚丙烯酸酯(1g)和聚甲基丙烯酸酯(2g)的銨鹽溶液的分散劑與去離子水(0.73g)混合，形成一均質(zhì)泥漿。往這種泥漿中加入十二烷基硫酸鈉(0.15g)和過硫酸銨(0.1g)。攪拌混合物10分鐘。加入一種碳氟化合物FORANE141B DGX，(FORANE是EIF的商標(biāo))(8g)和一種氣體穩(wěn)定物質(zhì)，TERGITOL TMN10.(0.15g)。(TERGITOL是Union Carbide公司的商標(biāo))。攪拌混合物1分鐘，然后放在民用微波爐中。應(yīng)用的微波能量使碳氟化合物組分在接近32℃時引起分解造成泥漿發(fā)泡。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，過硫酸銨被激活引起該發(fā)泡泥漿的聚合。幾分鐘后，該發(fā)泡泥漿變得足夠堅硬，可被脫模。生坯和燒結(jié)的密度列于表III中。
實例IV除了應(yīng)用3g碳氟化合物組分外，重復(fù)進行實例III的方法。生坯和燒結(jié)的密度也列于表III中。產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的含量是控制形成產(chǎn)品密度的一個因素。
表I樣品生坯密度(g/cm3) 燒結(jié)的密度(g/cm3)10.550.8620.620.9730.410.64表IIEXII 0.190.29表IIIEXIII0.590.92EXIV 1.502.3權(quán)利要求
1.一種制造多孔耐火制品的方法，該方法包括下列步驟-形成一種耐火顆粒的水分散體，它包括一種在聚合過程中產(chǎn)生溫升的可聚合單體組分；-加入一種熱分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)；-添加如引發(fā)劑和/或催化劑等試劑引發(fā)聚合反應(yīng)；-調(diào)節(jié)溫度和/或壓力，以使得產(chǎn)生氣體的物質(zhì)在單體組分的聚合反應(yīng)開始階段之前或期間產(chǎn)生氣體，由此形成氣泡，這些氣泡在溫升的熱下互相連接而形成一種互連的開口孔結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)生氣體的物質(zhì)是那種在分解之后不會留下有污染傾向殘余的、在pH值大約為7.5和9之間時分解，而且不會產(chǎn)生游離氧的物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中產(chǎn)生氣體的物質(zhì)是碳酸銨，碳酸氫銨，氨基甲酸銨等。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其中溫度和壓力兩者都被控制，以便于控制產(chǎn)生氣體物質(zhì)的分解速度。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其中分解體被貯存在一種預(yù)定的壓力和溫度下，應(yīng)用微波能量引導(dǎo)聚合反應(yīng)和產(chǎn)生氣體物質(zhì)的分解。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其中產(chǎn)生氣體的物質(zhì)是鹵代烴以及分解是在減壓下進行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中發(fā)泡是在大氣壓下，采用碳酸銨或類似物作為產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，由在高于過硫酸銨操作溫度下，應(yīng)用一種引發(fā)劑引發(fā)聚合而實施的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其中分散體包括過硫酸銨或類似物作為引發(fā)劑，以及發(fā)泡劑是一種在比過硫酸鹽分解要低的溫度下分解的物質(zhì)。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其中耐火顆粒是金屬，金屬氧化物，非金屬陶瓷和金屬陶瓷。
全文摘要
一種產(chǎn)生氣體的物質(zhì)被加到一種包括耐火材料顆粒和一種可聚合單體的分散體中，壓力和/或溫度被調(diào)整到使得該物質(zhì)在聚合反應(yīng)開始進行之前產(chǎn)生氣體；控制孔的形成。
文檔編號B22F5/00GK1148375SQ9519297
公開日1997年4月23日 申請日期1995年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月10日
發(fā)明者R·M·森姆布魯克, R·T·史密夫 申請人:戴特克有限公司