[发明专利]钛酸盐多孔隔热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机隔热材料领域，具体涉及一种钛酸盐多孔隔热材料的制 备方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，全球能源消耗急剧上升，能源紧缺已成为世 界范围的问题。隔热材料作为能源节约最为有效的措施之一，在航空航天、 能源、化工和冶金等众多工业领域已被广泛应用。在工业中采用良好的隔热 材料有利于减少产品能耗，降低生产成本，增长设备使用寿命等，具有可观 的社会经济效益。目前，在高温隔热领域主要采用耐火纤维制品，包括氧化 锆纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维和六钛酸钾纤维等，其中六钛酸钾纤维由 于其价廉、稳定的化学性质、优异的耐腐蚀性、隔热耐火性、耐磨性、高的 电气绝缘性，还具有红外反射率高，高温下导热系数极低等特点而备受关注。 然而六钛酸钾纤维为粉末状物质，难以直接用于保温隔热场合，因此在实际 应用过程中常将其成型和烧结出具有一定形状的六钛酸钾多孔陶瓷材料。与 之带来的如何协调不同原料配方、成型方式、热处理条件以及后处理等因素 对其隔热性能的影响，开发具有高温低热导率的六钛酸钾多孔隔热材料是亟 待解决的一个重要的研究课题。

专利ZL200510040921.1(六钛酸钾晶须多孔材料的制备方法)具体采用 六钛酸钾晶须和其他钛酸盐及含钾化合物的混合物通过成型、烧结、水洗后 得到的钛酸钾多孔材料在具有良好孔隙率(15～75％)、低变形率(＜5％)、 高持液量(在100℃去离子水中浸泡1h后，吸水率≥20％)和高抗弯强度(10～ 80MPa)的同时，还表现出比商业氧化铝膜支撑体更低的耐碱强度损失率 (＜20％)，已初步应用于膜支撑体和碱性燃料电池隔膜方面。然而，经测试 该多孔材料高温热导率数值很高，很难进一步用于隔热耐火领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种钛酸盐多孔隔热材料的 制备方法，该多孔材料在具有高温低热导率的同时还保持原有的高抗弯强度、 高孔隙率以及良好耐强碱腐蚀性能。这种多孔材料不仅可以用于各种膜支撑 体以及碱性燃料电池隔膜等领域，更可应用于隔热耐火材料方面。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种钛酸盐多孔隔热材料的制备方法，将原料六钛酸钾材料、氧化钛和 含钾化合物混合，成型，再在650～1300℃下烧结，最后水洗，得到钛酸盐 多孔隔热材料。

该钛酸盐多孔隔热材料在800℃下的导热系数为0.01～5W/(m.K)，优 选为0.01～0.2W/(m.K)。其孔隙率为5～50％，最可几孔径为0.05～10μm， 抗弯强度为5～80MPa。本发明制备的钛酸钾多孔材料经过150℃、25 mol/kg NaOH溶液5天耐碱实验后与经相同条件处理的多孔α-Al₂O₃膜支撑 体相比，强度损失明显减小。

原料中六钛酸钾材料与氧化钛的摩尔比为5∶95～95∶5，即原料中以六钛 酸钾材料与氧化钛之和为100％计，六钛酸钾材料的含量为5～95mol％。

六钛酸钾材料可以为颗粒状或晶须状，即六钛酸钾材料为六钛酸钾颗粒 或六钛酸钾晶须，其中晶须状物质的直径为0.1～5μm，长度直径比不小于2 (长径比的上限并无要求，可以达到几百或上千，甚至更大)。

原料中氧化钛和含钾化合物折合成TiO₂与K₂O，其摩尔比为 TiO₂/K₂O＝1.0～6.0。其中氧化钛选自锐钛矿型氧化钛、金红石型氧化钛、板 钛矿型氧化钛、单斜型氧化钛、水解二氧化钛或偏钛酸(一种无定形的纳米 氧化钛颗粒材料)中的一种或几种；优选选自锐钛矿型氧化钛、水解二氧化 钛或偏钛酸中的一种或几种。含钾化合物选自氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、 硝酸钾、硫酸钾或氯化钾中的一种或几种。

本发明中的成型方式可以采用现有的各种成熟的成型方法，如先造粒再 成型、直接压制成型、模具成型、挤条成型等。成型后多孔材料的形状为球 形、片状、长方体形、圆柱状、中空柱状、粒、轮辐状、三叶草或四叶草状。 经烧结水洗后的钛酸盐多孔隔热材料也具有类似结构。

本发明的有益效果：