專利名稱：一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。具體涉及一種采用天然礦物 原料所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前主要使用的傳統(tǒng)的耐火陶瓷纖維多為硅酸鋁系陶瓷纖維，含有相對(duì)較高的Al203和 較低的Si02，為偏堿性。傳統(tǒng)的耐火陶瓷纖維在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生的大量粉塵吸入人體肺部
后，在肺液中不能得到充分降解而在肺部沉積，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。按照歐盟規(guī)定，傳統(tǒng) 的耐火陶瓷纖維均屬于很可能致癌物，達(dá)不到環(huán)保的要求。
目前己投入市場(chǎng)或公開的技術(shù)資料中，生物可降解性耐火陶瓷纖維多為鈣鎂硅系纖維， 由該系統(tǒng)派生出的另一類生物可降解性耐火陶瓷纖維是硅酸鎂系統(tǒng)纖維，該類纖維的使用溫
度為126(TC或更高，與傳統(tǒng)的硅酸鋁系纖維相當(dāng)，與鈣鎂硅系纖維相比，導(dǎo)熱系數(shù)偏高。目 前的生物可降解性耐火陶瓷纖維仍存在一定的缺陷，如成本價(jià)格相對(duì)傳統(tǒng)陶瓷纖維偏高、使 用溫度不高、纖維機(jī)械強(qiáng)度低，以及高溫使用后脆性增大等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本較低、工藝簡(jiǎn)單的生物可降解性耐 火陶瓷纖維的制備方法；用該方法所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光 滑、纖維化學(xué)組成均勻、能夠長(zhǎng)期在高溫下使用、對(duì)人體的有害性可大大降低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將18 25wt。/。的滑石粉或28 33wt。/。的白云 石、15 40wt。/。的硅灰石、30 50wt。/。的石英砂、0.5 3wt。/。的工業(yè)級(jí)氯化鈣、0.5 3wt。/。的螢石、 0.2 2wtM的稀土金屬氧化物和0 3wt。/。的鋯英石砂細(xì)磨，外加0.5 3wtQ/。的羧甲基纖維素或木 質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電阻爐或 電弧爐中升溫至1500~1900°C，熔融后或直接甩絲或在0.3~0.7MPa的條件下經(jīng)噴吹成纖。
其中稀土金屬氧化物為L(zhǎng)a203、 Y203、 Nd203、 Ce02中的一種、二種或多種混合物； 細(xì)磨為磨后粒度O.088mm的顆粒占90%以上；干燥是在110 12(TC條件下保溫12~24小時(shí)； 破碎為破碎后粒度〈mm。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明在工藝中嚴(yán)格控制原料中Si02、 CaO、 MgO的含量，對(duì) A1203、 Zr02、 B203、 Ti02、 Fe203和Na20+K20的引入量有一定的限度；在所添加的稀土金
3屬氧化物中，La203、 Y203、 Nd203、 Ce02或?yàn)閱我惶砑踊蚱浠旌衔?，有利于耐火陶瓷纖維的 成纖和纖維機(jī)械強(qiáng)度的提高，且能使纖維的長(zhǎng)期使用溫度為1000 120(TC甚至更高；由于工 業(yè)級(jí)氯化鈣和螢石的適量引入，有利于促進(jìn)纖維原料的熔融，并有利于提高纖維的機(jī)械強(qiáng)度 和纖維的表面平滑度。所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維，纖維長(zhǎng)度大于100mm、渣球含 量小于5%。另由于本發(fā)明全部選取天然礦物為原料，不僅成本低廉，且工藝簡(jiǎn)單，有利于技 術(shù)的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維，在36.5~37.2匸、pH值為7.35~7.45的模擬 人體肺液中的溶解試驗(yàn)表明，其溶解常數(shù)達(dá)150ng/cn^h以上，溶解率很高，可快速溶解于人 體肺液中，并易于從肺中排出，對(duì)人體的有害性大大降低。有望替代傳統(tǒng)的陶瓷纖維應(yīng)用于 許多高溫工業(yè)領(lǐng)域中。
所以，本發(fā)明不僅成本低廉，且工藝簡(jiǎn)單；所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維具有纖 維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑、纖維化學(xué)組成均勻、能夠長(zhǎng)期在1000 1200。C甚至更高溫度下使 用、對(duì)人體的有害性大大降低的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。 實(shí)施例1.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將20 25wt。/。的滑石粉、20 32wty。的硅 灰石、35 50wt。/。的石英砂、l-2.1wt。/。的工業(yè)級(jí)氯化鈣、1 2wt。/。的螢石、0.2~lwt%的La203、 0.5 lwty。的Ce02禾卩0.9 2wty。的鋯英石砂細(xì)磨，外加0.5 1.5wty。的羧甲基纖維素為結(jié)合劑； 再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電阻爐中升溫至1700 1卯(TC， 熔融后在0.3~0.5MPa的條件下經(jīng)噴吹成纖。
在本實(shí)施例中細(xì)磨為磨后粒度O.088mm的顆粒占90。/。以上；干燥是在110 12(TC條件 下保溫12~24小時(shí)；破碎為破碎后粒度〈3mm。
本實(shí)施例1所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于1300°C，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于180ng/cm2'h。
實(shí)施例2.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將20 25wtn/。的滑石粉、35 40wt。/。的硅 灰石、30 35wt。/。的石英砂、0.5 lwt。/。的工業(yè)級(jí)氯化轉(zhuǎn)、l-2wt。/o的螢石、0.2 1.5wt。/。的Nd203 和2 3wt^的鋯英石砂細(xì)磨，外加1.5 3wtW的羧甲基纖維素為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制 成坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電阻爐中升溫至1500 1700°C，熔融后在0.5~0.7MPa 的條件下經(jīng)噴吹成纖。其它同實(shí)施例l。本實(shí)施例2所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于1200'C，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于170ng/cm2-h。 實(shí)施例3.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將28 31wt。/。的白云石、15 20wt。/。的硅 灰石、45 50wt。/。的石英砂、2 3wt。/。的工業(yè)級(jí)氯化鈣、0.5 lwt。/。的螢石、0.2 0.7wtV。的La203、 0.2~0.7城％的Y203、 0.2 0.6wt。/o的Ce02禾Q 2 3wt。/。的鋯英石砂細(xì)磨，夕卜加0.5~1.5^%的木質(zhì) 素磺酸鈣為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電弧爐中升 溫至1550~1750°C，熔融后直接甩絲。其它同實(shí)施例l。
本實(shí)施例3所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于1300°C，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于165ng/cm2-h。
實(shí)施例4.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將30 33wt"/。的白云石、15 20wt。/。的硅 灰石、40 45wt。/。的石英砂、0.5 lwt。/。的工業(yè)級(jí)氯化轉(zhuǎn)、2 3wt。/。的螢石、0.2 lwt。/。的Ce02， 0.2 lwt。/。的Nd203和0.5 1.5wtn/。的鋯英石砂細(xì)磨，外加1.5 3wtM的木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑； 再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電弧爐中升溫至1500~1650°C， 熔融后直接甩絲。其它同實(shí)施例l。
本實(shí)施例4所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于120(TC，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于200 ng/cm2-h。
實(shí)施例5.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將18 23wt。/。的滑石粉、30 35wty。的硅 灰石、40 45wt。/。的石英砂、0.5 lwt。/。的工業(yè)級(jí)氯化^、 1 2wt。/。的螢石、0.2~0.8\^%的Y203 和0.5 1.2wt。/。的CeO2細(xì)磨，外加1 2wtn/。的羧甲基纖維素為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成 坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電阻爐或電弧爐中升溫至1700 1卯0。C，熔融后在 0.4~0.7MPa的條件下經(jīng)噴吹成纖。其它同實(shí)施例1。
本實(shí)施例5所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于130(TC，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于170ng/cm2-h。
實(shí)施例6.
一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。將28~31^%的白云石、15 20wtc/。的硅 灰石、43 50wtn/。的石英砂、0.5 lwt。/。的工業(yè)級(jí)氯化鈣、0.5 lwt。/。的螢石、0.2 1.2wt。/。的Nd203 和2 3wt。/。的鋯英石砂細(xì)磨，外加2 3wtM的木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成
5坯、干燥和破碎，然后將破碎料置于電弧爐中升溫至1650~1780°C，熔融后在0.5 0.7MPa的 條件下經(jīng)噴吹成纖。其它同實(shí)施例l。
本實(shí)施例6所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維的長(zhǎng)期使用溫度大于1300°C，在模擬人 體肺液中的溶解常數(shù)大于170ng/cm2-h。
在本具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1~6)中，由于在工藝中嚴(yán)格控制原料中Si02、 CaO、 MgO 的含量，對(duì)八1203、 Zr02、 B203、 Ti02、 Fe203和Na20+K20的引入量有一定的限度；在所添 加的稀土金屬氧化物中，La203、 Y203、 Nd203、 Ce02或?yàn)閱我惶砑踊蚱浠旌衔锏奶砑?，有?于耐火陶瓷纖維的成纖和纖維機(jī)械強(qiáng)度的提高，且能使纖維的長(zhǎng)期使用溫度為120(TC以上； 由于工業(yè)級(jí)氯化鈣和螢石的適量引入，有利于促進(jìn)纖維原料的熔融，并有利于提高纖維的機(jī) 械強(qiáng)度和纖維的表面平滑度。所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維，纖維長(zhǎng)度大于120mm、 渣球含量小于5%。另由于本發(fā)明全部選取天然礦物為原料，不僅成本低廉，且工藝簡(jiǎn)單，有 利于技術(shù)的推廣應(yīng)用。
本具體實(shí)施方式
所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維，在36.5 37.2。C、pH值為7.35~7.45 的模擬人體肺液中的溶解試驗(yàn)表明，其溶解常數(shù)達(dá)160ng/cn^h以上，溶解率很高，可快速溶 解于人體肺液中，并易于從肺中排出，對(duì)人體的有害性大大降低。有望替代傳統(tǒng)的陶瓷纖維 應(yīng)用于許多高溫工業(yè)領(lǐng)域中。
所以，本具體實(shí)施方式
不僅成本低廉，且工藝簡(jiǎn)單；所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖 維具有纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑、纖維化學(xué)組成均勻、能夠長(zhǎng)期在1000 120(TC甚至更高 溫度下使用、對(duì)人體的有害性大大降低的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法，其特征在于將18～25wt％的滑石粉或28～33wt％的白云石、15～40wt％的硅灰石、30～50wt％的石英砂、0.5～3wt％的工業(yè)級(jí)氯化鈣、0.5～3wt％的螢石、0.2～2wt％的稀土金屬氧化物和0～3wt％的鋯英石砂細(xì)磨，外加0.5～3wt％的羧甲基纖維素或木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎，破碎后置于電阻爐或電弧爐中升溫至1500～1900℃；熔融后或直接甩絲或在0.3～0.7MPa的條件下經(jīng)噴吹成纖。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述的稀 土金屬氧化物為L(zhǎng)a203、 Y203、 Nd203、 Ce02中的一種、二種或多種混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述的細(xì) 磨為磨后粒度O.088mm的顆粒占90%以上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述的干 燥是在110 120"C條件下保溫12~24小時(shí)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述的破 碎為破碎后粒度〈3mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1~5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的生物可降解性耐火陶瓷纖維的制備方法所制備的 生物可降解性耐火陶瓷纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物可降解性耐火陶瓷纖維及其制備方法。其技術(shù)方案是將18～25wt％的滑石粉或28～33wt％的白云石、15～40wt％的硅灰石、30～50wt％的石英砂、0.5～3wt％的工業(yè)級(jí)氯化鈣、0.5～3wt％的螢石、0.2～2wt％的稀土金屬氧化物和0～3wt％的鋯英石砂細(xì)磨，外加0.5～3wt％的羧甲基纖維素或木質(zhì)素磺酸鈣為結(jié)合劑；再將上述混合料壓制成坯、干燥和破碎；然后將破碎料置于電阻爐或電弧爐中升溫至1500～1900℃，熔融后或直接甩絲或在0.3～0.7MPa的條件下經(jīng)噴吹成纖。本發(fā)明選取天然礦物為原料，成本低廉、工藝簡(jiǎn)單；所制備的生物可降解性耐火陶瓷纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑、纖維化學(xué)組成均勻、能夠長(zhǎng)期在1000～1200℃甚至更高溫度下使用、對(duì)人體的有害性大大降低。
文檔編號(hào)C04B35/04GK101298384SQ20081004819
公開日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者浩 劉, 張保國(guó), 王周福, 王璽堂 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)