[发明专利]一种耐火材料用复合结合剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种高粘结性、绿色环保的耐火材料用复合结合剂及其制备方法。

背景技术

在资源、环境日益成为制约我国耐火材料行业发展的“瓶颈”，经济和市场发展形势发生变化的情况下，耐火材料行业的发展之路面临着多重考验和挑战。近年来，由于耐火制品成品率高，生产成本低和性能优良，因而发展很快，新品种层出不穷，获得了显着的社会经济效益。然而，用于耐火制品的传统的耐火材料中多使用对环境污染的材料，如结合剂多采用酚醛树脂和沥青，酚醛树脂作为耐火材料结合剂具有粘结强度大、耐热等优点，但其制备得到的耐火材料不仅成本高、还含有游离酚、游离醛等有毒物质，不利于环保；此外，沥青及其烟气对皮肤粘膜具有刺激性，有光毒作用和致癌作用。由于甲醛已被国际癌症研究机构(IARC)认定为致癌物，低游离甲醛含量也已成为一项要求。然而，既要保持特定的树脂性质而兼顾低游离苯酚和低游离甲醛非常难以实现。

中国专利文献上公开了一种“耐火材料”，其公告号为CN104844238A，该发明提供的木质素-糖组合物可以部分替代酚醛树脂作为耐火材料的粘合剂，其粘合效果好，尤其是适用于不烧耐火砖、铁沟料等领域。但是木质素-糖组合物的粘结性能大大降低，用于耐火材料的制备不利于良好的良品率，并不能够完全替代耐火材料的酚醛树脂的功能，不能从根本上解决耐火材料对环境的污染问题。因此，如何加大新技术、新原料和再生资源在耐火材料设计和制造过程中的应用，开发节能和环保新工艺、新品种的耐火材料用复合结合剂，减少或替代对环境污染的材料，推动耐火材料行业环保和职业健康水平的提高是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了克服现有耐火材料用结合剂存在环境污染的问题，提供了一种高粘结性、高耐热性、绿色环保的耐火材料用复合结合剂。

本发明的另一个目的是提供一种工艺简单的耐火材料用复合结合剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐火材料用复合结合剂，所述耐火材料用复合结合剂由以下重量份的原料制成：酚醛树脂70～80份，无水乙醇50～60份，改性白炭黑0.5～2份，甲醛捕捉剂0.5～1.5份，所述甲醛捕捉剂为含有伯胺基团的化合物。

本发明采用的改性白炭黑为多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，能均匀并良好地分散于酚醛树脂基体中，从而可提高酚醛树脂的残炭率和抗氧化性，使酚醛树脂结合剂的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在酚醛树脂基体中均匀良好地分散，分散效果好，在酚醛树脂上引入了Si原子，使得二氧化硅分子以化学键的形式与酚醛树脂进行连接，而不是简单的与酚醛树脂共混。此外，白炭黑的价格比其他纳米二氧化硅低，降低了生产成本，利于工业化生产。

作为优选，所述甲醛捕捉剂具有下式：R-NH₂，其中，R选自-OH，-CH₂-CH₂-SO₃H，-CH₂(COOH)和-CH(COOH)(CH₂CH₂CONH₂)中的一种或几种。

本发明还采用含有伯胺基团的化合物作为甲醛捕捉剂，其反应原理为：酸性条件下，甲醛捕捉剂中的伯胺基团与酚醛树脂中游离醛的羰基在45～60℃条件下可以发生亲核加成反应生成RNHCH₂OH，该结构稳定性很差，可以迅速脱水生成RNH＝CH₂，并互相之间发生缩合反应，形成聚合物交联剂。该反应一方面可以减少体系中游离醛的含量，另一方面可以生成网络状的聚合物交联剂，可以对酚醛树脂改性增韧，提高其耐热性能和粘结性。-CH(COOH)(CH₂CH₂CONH₂)为氨基酸的通式，本发明中的氨基酸选自异亮氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸，以及其盐。

作为优选，所述改性白炭黑的粒度为7～40nm，比表面积为150～400m²/g。

作为优选，所述改性白炭黑的制备方法是：先将白炭黑在450～600℃条件下活化5～10h，加入无水乙醇，配置成4～10wt％的白炭黑溶胶；再在50～60℃条件下滴加吐温20到白炭黑溶胶中，搅拌反应15～30min，超声振荡5～30min，得到改性白炭黑。