本發(fā)明涉及隔熱材料，尤其涉及一種含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高溫隔熱耐火澆注料是一種廣泛應(yīng)用于冶金、石化、電力等高溫工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，其主要功能是承受高溫環(huán)境下的機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕以及熱震沖擊，同時(shí)具備優(yōu)異的隔熱性能以減少熱能損失。然而，傳統(tǒng)的高溫隔熱耐火澆注料在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多技術(shù)瓶頸，難以滿(mǎn)足日益嚴(yán)苛的工業(yè)需求。

2、首先，傳統(tǒng)高溫隔熱耐火澆注料的熱導(dǎo)率較高，難以實(shí)現(xiàn)高效的隔熱效果。這主要是由于材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)缺乏有效的熱阻隔機(jī)制，導(dǎo)致熱量在高溫環(huán)境下快速傳導(dǎo)。此外，傳統(tǒng)澆注料的力學(xué)性能和熱震穩(wěn)定性較差，尤其是在高溫環(huán)境下容易發(fā)生開(kāi)裂或剝落，嚴(yán)重影響其使用壽命和安全性。

3、近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米顆粒因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于高溫隔熱材料的改性中。例如，納米氧化鋁因其優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和力學(xué)性能成為一種常用的添加劑。然而，納米顆粒在實(shí)際應(yīng)用中容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致其分散性差，難以在基體中均勻分布，從而削弱了其增強(qiáng)效果。此外，納米顆粒與基體之間的界面結(jié)合力較弱，進(jìn)一步限制了其在高溫環(huán)境下的性能提升。

4、為了克服上述問(wèn)題，研究人員嘗試通過(guò)表面改性技術(shù)對(duì)納米顆粒進(jìn)行功能化處理，以提高其分散性和界面結(jié)合力。例如，采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米氧化鋁進(jìn)行表面改性可以顯著改善其與基體的相容性。然而，單一的表面改性手段往往難以同時(shí)滿(mǎn)足材料的多重性能需求，尤其是在高溫環(huán)境下，改性層的穩(wěn)定性和功能性仍存在不足。

5、此外，傳統(tǒng)的高溫隔熱耐火澆注料在抗腐蝕性能方面也存在一定的局限性。高溫環(huán)境下，材料容易受到酸性氣體或液體的侵蝕，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)劣化和性能下降。盡管通過(guò)引入某些抗腐蝕組分可以在一定程度上改善材料的耐酸性，但這些組分往往會(huì)對(duì)材料的其他性能產(chǎn)生負(fù)面影響，例如增加熱導(dǎo)率或降低力學(xué)強(qiáng)度。

6、綜上所述，現(xiàn)有高溫隔熱耐火澆注料在納米顆粒分散性、界面結(jié)合力、高溫穩(wěn)定性、熱導(dǎo)率以及抗腐蝕性能等方面仍存在諸多技術(shù)難題。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料，通過(guò)多重改性設(shè)計(jì)和復(fù)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化，全面提升材料的綜合性能，以滿(mǎn)足高溫工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料及其制備方法，以解決現(xiàn)有高溫隔熱耐火澆注料存在納米顆粒易團(tuán)聚、界面結(jié)合力弱、高溫穩(wěn)定性差及熱導(dǎo)率高的缺陷。

2、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料，按重量份數(shù)計(jì)，由以下原料制備得到：莫來(lái)石67-93份、硅溶膠12-18份、聚羧酸系分散劑0.3-0.8份、納米添加劑5-10份和去離子水8-12份。

3、優(yōu)選的，所述莫來(lái)石為燒結(jié)莫來(lái)石，氧化鋁含量為72wt％-75wt％。

4、優(yōu)選的，所述硅溶膠中含40wt％的二氧化硅，粘度為35mpa·s。

5、優(yōu)選的，所述聚羧酸系分散劑的固含量為40％，mw為5000。

6、進(jìn)一步的，所述納米添加劑的制備方法如下：

7、(1)將納米氧化鋁加入乙醇/水溶液中，超聲20-40min，再加入硅烷偶聯(lián)劑kh-560，升溫到40-50℃，攪拌5-7h，離心，洗滌，真空干燥，得到環(huán)氧化納米氧化鋁；

8、(2)將聚醚胺和聚乙二醇加入去離子水中，攪拌20-40min，再加入環(huán)氧化納米氧化鋁，用氨水調(diào)節(jié)ph至9-10，于攪拌過(guò)程中滴加環(huán)氧氯丙烷，滴加完畢后，升溫至65-75℃，于200-400rpm下攪拌2-4h，離心，用50-60℃的去離子水反復(fù)洗滌3次，再用無(wú)水乙醇洗滌3次，真空干燥，得到聚醚胺改性納米氧化鋁；

9、(3)將八水合氧氯化鋯和六水合硝酸鈰加入去離子水中，攪拌20-40min，得到浸漬液；

10、(4)將聚醚胺改性納米氧化鋁加入浸漬液中，于55-65℃、0.4-0.6mpa下加壓浸漬1.5-2.5h，轉(zhuǎn)移至水熱釜中，于175-185℃下水熱5-7h，再升溫至210-225℃，水熱2.5-3.5h，離心，洗滌，真空干燥，得到納米添加劑。

11、優(yōu)選的，所述步驟(1)中納米氧化鋁、乙醇/水溶液和硅烷偶聯(lián)劑kh-560的重量比為3-10:30-100:0.3-1.2。

12、優(yōu)選的，所述步驟(1)中納米氧化鋁為α相氧化鋁，平均粒徑為100-200nm。

13、優(yōu)選的，所述步驟(2)中聚醚胺、聚乙二醇、去離子水、環(huán)氧化納米氧化鋁和環(huán)氧氯丙烷的重量比為8-20:1-5:50-200:3-10:0.8-2。

14、優(yōu)選的，所述步驟(2)中聚醚胺的mw為800-1200，聚乙二醇的mw為1500-2500。

15、優(yōu)選的，所述步驟(3)中八水合氧氯化鋯、六水合硝酸鈰和去離子水的重量比為12.89:1.1-3.3:100。

16、優(yōu)選的，所述步驟(4)中聚醚胺改性納米氧化鋁和浸漬液的重量比為5-15:50-200。

17、進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料的制備方法，包括以下步驟：

18、s1：將莫來(lái)石于110-130℃干燥3-5h，再按粒度分級(jí)為粗骨料、中骨料和細(xì)骨料；

19、s2：將硅溶膠和聚羧酸系分散劑混合，于100-300rpm下攪拌20-40min，再加入納米添加劑和去離子水，于400-600rpm下攪拌0.5-1.5h，再加入粗骨料，于150-200rpm下攪拌20-40s，加入中骨料，于150-200rpm下攪拌40-50s，加入細(xì)骨料，于200-300rpm下攪拌50-70s，得到含納米添加劑的高溫隔熱耐火澆注料。

20、優(yōu)選的，所述步驟s1中粗骨料的粒度為5-3mm，中骨料的粒度為3-1mm，細(xì)骨料的粒度為1-0.1mm。

21、優(yōu)選的，所述步驟s2中粗骨料、中骨料和細(xì)骨料的重量比為30-40:22-28:15-25。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明提供的高溫隔熱耐火澆注料通過(guò)納米添加劑的多重改性設(shè)計(jì)，顯著提升了材料的綜合性能，首先，納米氧化鋁經(jīng)過(guò)表面改性后，其分散性和與基體的界面結(jié)合力得到了顯著增強(qiáng)。通過(guò)聚醚胺的引入，納米氧化鋁表面形成了穩(wěn)定的有機(jī)涂層，進(jìn)一步提高了其化學(xué)穩(wěn)定性和分散均勻性，避免了納米顆粒在基體中的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提升了材料的力學(xué)性能和熱震穩(wěn)定性。

24、聚乙二醇的協(xié)同作用不僅改善了納米氧化鋁的分散性，還通過(guò)其造孔作用在材料中形成了豐富的孔道結(jié)構(gòu)。這種孔道結(jié)構(gòu)有助于降低材料的熱導(dǎo)率，同時(shí)為后續(xù)的浸漬改性提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)，進(jìn)一步提升了材料的高溫隔熱性能和抗腐蝕能力。通過(guò)鋯鈰復(fù)合氧化物的引入，納米添加劑表面形成了穩(wěn)定的保護(hù)層，這種復(fù)合氧化物層在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的抗氧化性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顯著提高了材料的高溫強(qiáng)度和抗氧化能力。

25、鋯鈰復(fù)合氧化物的協(xié)同作用增強(qiáng)了材料的抗熱震性能。鈰元素的引入不僅提高了復(fù)合氧化物的穩(wěn)定性，還通過(guò)其氧化還原特性進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的抗氧化能力和耐久性。整體上，本發(fā)明通過(guò)納米添加劑的多重改性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了材料在高溫環(huán)境下的優(yōu)異力學(xué)性能、低熱導(dǎo)率、優(yōu)異的耐酸腐蝕性和熱震穩(wěn)定性，具有廣泛的應(yīng)用前景和顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。