专利名称：一种磷酸基地质聚合物多孔材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及地质聚合物材料和泡沫多孔材料领域，特别是涉及一种磷酸或 磷酸盐基地质聚合物多孔材料及其制备方法。
背景技术：
地质聚合材料分为碱基地质聚合材料和磷酸基地质聚合材料。碱基地质聚 合材料研究比较早，这类材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石
灰岩与盐湖成分Na2C03、草木灰成分K2C03以及硅石的混合物，加水拌和后产 生强碱NaOH和KOH，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造 石。 ，
华南理工大学的周新涛、苏达根等人用中位径Dso为1.8um的偏高岭土和 磷酸盐溶液反应制备出7d抗压强度达92.5MPa的磷酸(磷酸盐)基地质聚合 物材料，具有良好的中温稳定性，耐火度高达1550°C。此外周新涛等人以偏 高岭土为铝源和硅源，磷酸为磷源用水热方法合成磷酸硅铝分子筛，比表面积 为205.9m々g,平均孔径为9.72nm，属于介孔材料。广西大学的曹德光对磷酸基 地质聚合物材料的合成、结构进行研究，制备出28d抗压强度为59.5MPa的 地质聚合物材料。提出了矿物键合理论，为磷酸基地质聚合物材料的研究提供 重要的理论依据。并申请了磷酸与铝硅质材料制备矿物键合材料及其复合材料 的方法的专利。
与泡沫多孔材料制备技术相关的专利情况如下
专利号为200310114507.1中国发明公开了一种多晶A1203纤维预成型体法制备多孔陶瓷的方法。该方法包括原料制备、坯体成型和烧成等步骤(l)将
氧化铝粉体、粘土、高温结合剂、泥浆添加剂按质量百分比70—80、 10_15、 4一19、 l一2与水混合后球磨制备成泥浆，再将泥桨、解胶剂与造孔剂混合制 备成填充泥浆；(2)将多晶八1203陶瓷纤维短切，在水中搅拌分散，并加入粘结 剂制成纤维浆料；(3)将纤维浆料注入模具中制成预成型体并干燥；(4)将干燥 好的预成型体放入石膏模，再注入填充泥浆并一起抽真空；(5)将填充泥浆的 预成型体干燥、高温烧成。该发明制得的产品强度高，抗热震性能强，生产工 艺简单，成品率高，特别适宜高温煤(烟)气过滤器用陶瓷过滤元件的工业化生 产。其不足之处是该多孔陶瓷体的获得都要经过1000°C甚至更高温度的焙烧， 工艺复杂，制备成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、工艺简单、无 毒无污染、原材料来源广泛的磷酸基地质聚合物多孔材料及其制备方法。 本发明解决上述技术问题的技术方案如下 l.一种磷酸基地质聚合物多孔材料，以重量份数计，多孔材料原料配方由 固相和液相按重量比1:1组成；
固相组成按100份重量份计:偏高岭土 65-95份，氧化铝或氢氧化铝0.5-35 份以及A1粉0.08-0.2份；
液体相组分组成按100份重量份计磷酸52-85份，水15-48份。 上述的氧化铝或氢氧化铝的用量为调节固相中Al与Si的摩尔比为 1.0-2.0;并控制原料配方中P与Al的摩尔比为1.4-3.4。
上述的偏高岭土为200目以上的高岭土原矿粉体或经过水洗后的高岭土在 600-900。C空气中煅烧2小时以上所得粉体。上述的氧化铝或氢氧化铝为细度大于200目的工业级粉体；上述的铝粉为
粒度大于400目的工业级铝粉；上述磷酸采用质量浓度为85%工业级磷酸。
上述的磷酸基地质聚合物多孔材料，该多孔材料的抗压强度在
2.0-15.0Mpa之间、显气孔率在30%-70%之间、体积密度在0.40g/cm3-1.0g/cm3 之间，可耐1300°C以上的高温。
2.—种磷酸基地质聚合物多孔材料的制备方法，包括如下步骤-
(1) 固相原料配制
将固相配方中偏高岭土、氧化铝或氢氧化铝和铝粉混合，在干粉搅拌机中 搅拌均化30分钟后待用；
(2) 液相原料配制 将液相配方中磷酸和水按比例混合均匀后待用；
(3) 将固相粉体与磷酸和水组成的液相按质量比为1: 1的比例混合均匀， 再用水调节浆料的粘度至0.1-5 Pa.S，经搅拌、匀化后待用；
(3)将步骤(2)的浆料注入耐酸模具中，在室温下放置0-24h后，在50°C-90 °C恒温箱中养护2-8h,获得气孔率为30-70%的磷酸地聚物基多孔材料； (4)脱模后的多孔材料经切割加工，获得所需材料。 与现有技术相比，本发明具有以下优点
l.本发明提供了一种工艺简单，无毒无污染，成本低，原材料遍布世界各 地，而且具有制备温度低(在50—9(TC范围)，制备的多孔材料气孔率可控， 开孔气孔率可以达到50vol^甚至更高，抗压强度大于2MPa，在1300°C高温 下不变形，有高透气率，可通过控制不同配比和反应条件，可以获得不同性能 和孔结构的多孔材料等优点。由于该材料由浆料发泡制备，可以使其在不同模具中发泡而直接制备复杂形状的制品，简单易行。
2. 本发明的多孔材料有望在保温材料、废气吸附材料，污水过滤材料，能 量吸收材料、绝缘封装材料、军事和航天等领域得到应用。
3. 本发明提出的技术属于地质聚合物体系发泡工艺与添加造孔剂工艺复合 技术，特别是低温发泡后免除了高温烧结工艺，而且不受制造形状的限制，经 检索，没有类似的技术申报专利。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但需要说明的是，实施例并不 构成对本发明要求保护范围的限制。 实施例h
制备方法如下
1. 固相原料配制
1) 偏高岭土的配制将细度为200目以上的广西北海兖矿集团出产的、经 过水洗优选后的高岭土粉体经过900°C空气中煅烧2小时得到偏高岭土，偏高
岭土中A1203: 42.35°/。、 Si02: 56.91%、 Fe203: 0.74%,用A1203调节其Al/Si(摩 尔比)-l.O， P/A1(摩尔比)4.4;
2) 固体组分，按IOO份重量计配比如下偏高岭土95份，>200目的氧化 铝4.9份，>400目的铝粉0.5份；
3) 将固体组分混合，在干粉搅拌机中搅拌均化30分钟后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量计，配比如下工业级重量浓度为85%磷酸52份，水48份； 按比例混合均匀后待用；3. 将固相和液相以1 : 1重量比混合，调节粘度到O.lPa.S，搅拌10分钟匀 化后待用；
4. 将3.得到的浆料注入耐酸性模具中，置于50'C左右恒温箱，恒温发泡8 小时后即可脱模。
5.将所得多孔材料切割成规则的形状后测试其力学性能和孔结构，其基本 指标如下抗压强度为2Mpa，气孔率为70%左右，体积密度在0.50g/cn^左 右，可耐1300°C以上的高温。
实施例2:
制备方法如下
1. 固相原料配制
1) 偏高岭土的配制与实施例1相同，只是用八1203调节其Al/Si(摩尔 比)=1.5， P/Al(摩尔比)-2. 5;
2) 固体组分，按IOO份重量计配比如下偏高岭土77份，>200目的氧化 铝22.92份，>400目的铝粉0.08份；
3) 将固体组分混合，在干粉搅拌机中搅拌均化30分钟后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量计，配比如下工业级重量浓度为85%磷酸76份，水24份； 按比例混合均匀后待用；
3. 将固相和液相以1 : 1重量比混合，调节粘度到2.5Pa,S，搅拌10分钟匀 化后待用；
4. 将3.得到的浆料注入耐酸性模具中，在室温下反应12h,置于60'C左右 恒温箱，恒温发泡6小时后即可脱模。5.将所得多孔材料切割成规则的形状后测试其力学性能和孔结构，其基本 指标如下抗压强度为10Mpa，气孔率为60%左右，体积密度在0.65g/cm3左 右，可耐1300°C以上的高温。 实施例3: 制备方法如下 2.固相原料配制
1) 偏高岭土的配制与实施例1相同，只是用八1203调节其Al/Si(摩尔 比)=2.0， P/Al(摩尔比)-3.4;
2) 固体组分，按100份重量计配比如下偏高岭土65份，>200目的氧化 铝34.92份，〉400目的铝粉0.05份；
3) 将固体组分混合，在干粉搅拌机中搅拌均化30分钟后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量计，配比如下工业级重量浓度为85%磷酸85份，水15份； 按比例混合均匀后待用；
3. 将固相和液相以1 : 1重量比混合，调节粘度到5Pa,S，搅拌10分钟匀化 后待用；
4. 将3.得到的浆料注入耐酸性模具中，在室温下反应24h，置于90'C左右 恒温箱，恒温发泡4小时后即可脱模。
5.将所得多孔材料切割成规则的形状后测试其力学性能和孔结构，其基本 指标如下抗压强度为12Mpa，气孔率为50%左右，体积密度在0.80g/cmS左 右，可耐1300°C以上的高温。
实施例4:制备方法如下 3.固相原料配制
1) 偏高岭土的配制与实施例1相同，只是用Al2Cb调节其Al/Si(摩尔 比)=1.5， P/Al(摩尔比)-2. 5;
2) 固体组分，按100份重量计配比如下偏高岭土80份，>200目的氧化 铝19.80份，>400目的铝粉0.2份；
3) 将固体组分混合，在干粉搅拌机中搅拌均化30分钟后待用；
2. 液相原料配制
按100份重量计，配比如下工业级重量浓度为85%磷酸80份，水20份； 按比例混合均匀后待用；
3. 将固相和液相以1 : 1重量比混合，调节粘度到0.5Pa.S，搅拌10分钟匀 化后待用；
4. 将3.得到的浆料注入耐酸性模具中，在室温下反应12h,置于卯'C左右 恒温箱，恒温发泡6小时后即可脱模。
5.将所得多孔材料切割成规则的形状后测试其力学性能和孔结构，其基本 指标如下抗压强度为2Mpa，气孔率为80%左右，体积密度在0.40g/ci^左 右，可耐1300°C以上的高温。
权利要求
1、一种磷酸基地质聚合物多孔材料，其特征在于以重量份数计，所述多孔材料原料配方由固相和液相按质量比1∶1组成；固相组成按100份重量份计偏高岭土65-95份，氧化铝或氢氧化铝0.5-35份以及Al粉0.08-0.2份；液体相组分组成按100份重量份计磷酸52-85份，水15-48份。
2、 根据权要求1所述的磷酸基地质聚合物多孔材料，其特征在于所述 氧化铝或氢氧化铝的用量为调节固相中Al与Si的摩尔比为1.0-2.0;并控制原 料配方中P与Al的摩尔比为1.4-3.4。
3、 根据权要求1所述的磷酸基地质聚合物多孔材料，其特征在于所述的 偏高岭土为200目以上的高岭土原矿粉体或经过水洗后的高岭土在600-900°C 空气中煅烧2小时以上所得粉体。
4、 根据权要求1所述的磷酸基地质聚合物多孔材料，其特征在于所述的 氧化铝或氢氧化铝为细度大于200目的工业级粉体；所述的铝粉为粒度大于 400目的工业级铝粉；所述磷酸采用质量浓度为85%工业级磷酸。
5、 根据权利要求1所述的磷酸基地质聚合物多孔材料，其特征在于该多孔材料的抗压强度在2.0-15.0Mpa之间、显气孔率在30%-70%之间、体积密 度在0.40g/cmM.0g/cmS之间，可耐1300°C以上的高温。
6、 一种磷酸基地质聚合物多孔材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)固相原料配制 将固相配方中偏高岭土、氧化铝或氢氧化铝和铝粉混合，在干粉搅拌机中搅拌均化30分钟后待用；(2) 液相原料配制 将液相配方中磷酸和水按比例混合均匀后待用；(3) 将固相粉体与磷酸和水组成的液相按重量比为1: 1的比例混合均匀， 再用水调节浆料的粘度至0.1-5 Pa.S，经搅拌、匀化后待用；(3)将步骤(2)的浆料注入耐酸模具中，在室温下放置0-24h后，在50°C-90 °C恒温箱中养护2-8h，获得气孔率为30-70%的磷酸地聚物基多孔材料； (4)脱模后的多孔材料经切割加工，获得所需材料。
全文摘要
本发明公开了一种磷酸基地质聚合物多孔材料及其制备方法，以偏高岭土、氧化铝(或氢氧化铝)、磷酸和水为原料、铝粉为发泡剂，在较低温度下(50-90℃之间)发泡制备以地质聚合物材料为骨架、性能良好的多孔材料。通过对多孔材料进行性能测试，结果表明该多孔材料的抗压强度在2.0-15.0MPa之间、显气孔率在30％-70％之间、体积密度在0.40g/cm<sup>3</sup>-1.0g/cm<sup>3</sup>之间，可耐1300℃以上的高温；通过控制Al/Si和P/Al的摩尔比及反应条件，可以获得不同性能和孔结构的多孔材料；该发明工艺简单，成本低，有望在保温隔热材料、废气吸附材料、污水过滤材料、能量吸收材料、绝缘封装材料及军事和航天等领域得到应用。
文档编号C04B12/02GK101560071SQ200910114099
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者刘乐平, 崔学民, 艳 贺, 邱树恒 申请人:广西大学