一种适用于耐火材料的粘结剂及其制备工艺、应用的制作方法

本发明涉及粘结剂，尤其涉及一种适用于耐火材料的粘结剂及其制备工艺、应用。

背景技术：

1、耐火材料是指借助外力和模型将耐火硅质等原料加工成规定尺寸和形状的成品的过程。近年来，新能源汽车和储能技术的不断发展，其上游正负极材料生产企业和碳酸锂、钴、镍等有色金属企业在提纯、冶炼、焙烧等生产工艺过程中都大量用到了耐火材料作为载体，随着耐火材料的不断发展，各领域对耐火材料的要求也在不断提高，成型后的耐火材料应满足下列要求：(1)形状、尺寸和精度符合设计要求；(2)结构均匀、致密，表面及内部无裂纹；(3)具有足够的机械强度；(4)符合预期的物理性能要求。

2、但耐火材料成型时多采用传统有机粘结剂，传统的有机粘合剂具有分散性差、成型时压制的制品致密度低，用量大，成本较高的特点，并且在干燥或烧成时，传统的有机粘合剂在耐火材料中大量熔化、分解、挥发，容易导致耐火材料发生变形、开裂，机械强度也会降低，影响了耐火材料最终的成品质量。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种适用于耐火材料的粘结剂及其制备工艺、应用，旨在改善现有的耐火材料采用传统有机粘结剂，耐火材料容易变形、开裂，且机械强度较低的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种适用于耐火材料的粘结剂，以重量份计，包括如下原料制得：分散性磺化淀粉醚30-40份、萘磺酸钠甲醛缩合物20-30份、羟丙基甲基纤维素3-5份、钠基膨润土5-10份、气相二氧化硅3-5份、聚乙烯醇1-3份。

3、本方案制备粘结剂的原料包括常规的气相二氧化硅、羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇等，还引入了特殊的萘磺酸钠甲醛缩合物和钠基膨润土，其中，萘磺酸钠甲醛缩合物多用作水泥的减水剂，本方案将其作为粘结剂的主要原料来使用；钠基膨润土的引入则可以改善耐火材料的塑性和强度。除此之外，本方案粘结剂主要原料还添加有分散性磺化淀粉醚，分散性磺化淀粉醚采用下述原料和制备工艺所制得，将分散性磺化淀粉醚与上述原料配合使用时，首先，可以改善耐火材料制品的强度；其次，将该粘结剂添加至耐火材料中成型时，还可以避免厚规格的耐火材料在干燥/烧成时的开裂情况，如制得的厚耐火砖/耐火匣钵等成品在边缘、转角处的裂纹较少。

4、并且，本方案获得的粘结剂在各种类型的耐火材料中适应性均较好，可与耐火材料的其他添加剂共同使用。

5、优选地，以重量份计，所述分散性磺化淀粉醚包括如下原料制得：玉米淀粉25-35份、木薯淀粉5-10份、黄糊精5-10份、木质素磺酸钠5-8份、片碱2-4份、甲醇6-8份、氯乙酸6-8份。

6、优选地，所述分散性磺化淀粉醚的制备步骤包括：按配比，将所述玉米淀粉、所述木薯淀粉、所述黄糊精、所述木质素磺酸钠置于设备中混合均化25-35min，得到第一混合料；

7、向所述第一混合料中加入所述片碱搅拌均匀，边搅拌边加入所述甲醇，在水浴状态下进行碱化反应，反应35-45min后得到第二混合料；

8、向所述第二混合料中加入所述氯乙酸进行醚化，醚化时升温至75-80℃，反应60-70min后冷却至室温，过60目振动筛后即得到所述分散性磺化淀粉醚。本方案的室温为25-30℃左右。

9、本方案以甲醇作为溶剂，采用木质素磺酸钠磺化玉米淀粉、木薯淀粉和黄糊精，制备过程中添加有片碱(氢氧化钠)促使玉米淀粉、木薯淀粉、黄糊精、木质素磺酸钠进行碱化反应，再利用氯乙酸对上述混合料进行醚化，获得的分散性磺化淀粉醚加入耐火材料的制备原料中后，可使得耐火材料的反应更加充分，获得的耐火材料内部结构更为均匀致密，进一步提高了耐火材料的强度，也可以减少耐火材料的开裂情况。

10、优选地，水浴时的水浴温度为33-38℃。碱化反应较为适宜的温度为33-38℃，在低于或高于上述温度范围时，碱化反应效率均较低，获得的产物品质不佳。

11、优选地，所述萘磺酸钠甲醛缩合物的ph值为7.6-7.8，按质量百分比计，所述萘磺酸钠甲醛缩合物中的硫酸钠含量为18.5-19.5％，氯离子含量为0.18-0.5％，表面张力大致在72mn/m左右。萘磺酸钠甲醛缩合物具有较好的分散作用，可使耐火材料原料在搅拌、陈腐等工艺环节中更加均化，不易出现抱团现象，在成型时更加容易排气，成品致密度高，耐火材料的强度有所提升，其余力学性能也有所改善。

12、优选地，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为40000-60000mpa·s-1(ndj-1型粘度计测得)，羟丙基甲基纤维素选用冷溶型，ph值为6-7；且所述羟丙基甲基纤维素中甲氧基含量为25-30％，羟丙氧基含量为10-13％。当羟丙基甲基纤维素的参数限定在上述范围时，可以提高粘结剂的粘结强度，也可以改善耐火材料的抗裂性。

13、优选地，所述萘磺酸钠甲醛缩合物和所述羟丙基甲基纤维素的粒径范围均为180-380μm，所述钠基膨润土的粒径范围为80-150μm，所述气相二氧化硅的粒径范围为5-45nm，所述聚乙烯醇的粒径范围为100-150μm。

14、优选地，所述气相二氧化硅的松密度为200-400g/dm3，孔隙体积为0.1-1cm3/g。气相二氧化硅是微粒子无机材料，气相二氧化硅作为优良的性能改良剂，具有防止耐火材料在均化、陈腐工艺中防沉降的作用；同时还具有较好的助分散性，可以增加耐火材料原料的流动性，改善原料在成型时由于均化粉料流动性不足造成的尺寸不一、大小头、厚薄不均、鼓包、分层等现象。本方案的气相二氧化硅限定在上述参数时，获得的粘结剂具有较好的质量。

15、除此之外，本发明还提出一种如上述任一项所述的适用于耐火材料的粘结剂的制备工艺，包括如下步骤：按配比，将所述分散性磺化淀粉醚、所述萘磺酸钠甲醛缩合物、所述羟丙基甲基纤维素、所述钠基膨润土、所述气相二氧化硅、所述聚乙烯醇加入球磨设备中干法球磨至38-58μm，再将上述球磨后的原料置于粉碎设备中粉碎至13-23μm，即得到所述适用于耐火材料的粘结剂。

16、粘结剂在制备时经过两次破碎，第一次球磨破碎时，获得的混合物料尺寸为38-58μm，第二次粉碎时获得的混合物料尺寸则为13-23μm，粒度更小，增大粘结剂的比表面积，更有利于将粘结剂添加至耐火材料中使用，可使耐火材料具有较好的强度，同时也能避免其出现容易开裂的情况。

17、除此之外，本发明还提出一种如上述任一项所述的适用于耐火材料的粘结剂在制备耐火材料中的应用。

18、与现有技术相比，本发明的适用于耐火材料的粘结剂具有以下有益效果：引入了特殊的萘磺酸钠甲醛缩合物和钠基膨润土，其中，萘磺酸钠甲醛缩合物多用作水泥的减水剂，本方案将其作为粘结剂的主要原料来使用；钠基膨润土的引入则可以改善耐火材料的塑性和强度。此外，本方案粘结剂主要原料还添加有分散性磺化淀粉醚，分散性磺化淀粉醚采用下述原料和制备工艺所制得，将分散性磺化淀粉醚与上述原料配合使用时，首先，可以改善耐火材料制品的强度；其次，将该粘结剂添加至耐火材料中成型时，还可以避免厚规格的耐火材料在干燥/烧成时的开裂情况，如制得的厚耐火砖/耐火匣钵等成品在边缘、转角处的裂纹较少。