一种炭材料用高温粘结剂的制备方法技术

本发明专利技术属于高温粘结剂制备技术领域，具体涉及一种炭材料用高温粘结剂的制备方法。本发明专利技术以丙烯酸、甲基丙烯酸、十二烷基磺酸钠等为原料得到种子乳液，向种子乳液中加入环氧大豆油、引发剂得到丙烯酸酯胶乳，将自制耐热填料、蛭石粉、丙烯酸酯胶乳混合得到散热胶乳，将其与乙酸乙酯混合得到混合液，再将膨胀珍珠岩浸入混合液中得到包芯膨胀珍珠岩，将间苯二甲酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷混合，用单丁基氧化锡催化引发聚合制备聚酯树脂，经酸解后掺入包芯膨胀珍珠岩、含镁硼酸结晶得到炭材料用高温粘结剂，利用环氧大豆油对丙烯酸酯胶乳进行改性，从而使高温粘结剂保持适当的内聚强度，将磷酸添加到种子乳液中，提高了粘结性能，应用前景广阔。

Preparation of a High Temperature Binder for Carbon Material

The invention belongs to the technical field of high temperature binder preparation, in particular to a preparation method of high temperature binder for carbon materials. The invention uses acrylic acid, methacrylic acid, sodium twelve alkyl sulfonate as raw materials to obtain seed emulsion, adds epoxy soybean oil and initiator to seed emulsion, and obtains acrylic ester latex. The self-made heat resistant filler, vermiculite powder and acrylic latex are mixed to obtain the cooling rubber latex, mixed with ethyl acetate to obtain the mixed liquid, and then the expanded perlite is immersed in the mixture to obtain the package. Core expanded perlite was prepared by mixing isophthalic acid, neopentyl glycol and trimethylolpropane, and polyester resin was synthesized by catalytic polymerization of monobutyl tin oxide. After acid hydrolysis, core expanded perlite and magnesium boric acid crystallization were added to obtain high temperature binder for carbon materials. The acrylate latex was modified by epoxy soybean oil, so that the high temperature binder maintained proper cohesive strength. The addition of phosphoric acid to seed emulsion improves bond properties and has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种炭材料用高温粘结剂的制备方法
本专利技术属于高温粘结剂制备
，具体涉及一种炭材料用高温粘结剂的制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国航空航天工业的不断发展壮大以及装备制造业与核工业的日益成熟，使得我国对碳材料的需求不断地增加。炭材料是通过有机物的热解，并进一步在高温下排除非碳元素所形成的含碳量很高的固体。炭材料具有耐高温、耐腐蚀、比强度高、比模量高、导电、导热等优良的物理化学性能和在高温高寒等恶劣环境下依然能保持稳定性能的特点，而被广泛应用于航空航天、核能、军事、冶金、化工、电子、机械等领域。但是碳材料本身也存在着一定使用局限，如其脆性大和容易应力集中，造成加工难度大，复杂形状难以一次成型或生产制造难度大。为实现炭材料间或炭材料与其他材料的有效连接，人们研制和开发了各种连接方法，而使用粘结剂连接不仅可以使得生产碳材料构件更简单方便，还可以有效提高连接件之间的力学性能。目前，国内外在高温粘结剂的研究和应用多局限在200～300℃，对于高于1000℃的高温粘结剂的研究较少，关于炭材料的高温粘结剂的报道则更少。一般说来，高温粘结剂应满足以下要求：（1）良好的热物理和热化学性能：（2）具有与多种被粘件及表面处理剂的相容性；（3）良好的加工性和施工性，价格合理；（4）在预期的使用条件（温度、压力、时间、介质或环境）下有较高的粘接强度和物理机械性能；（5）热变形温度较高，分解及热失重的温度高。目前，碳材料所用粘接剂按基体划分，主要包括无机型粘结剂和有机型粘结剂。以无机化合物为基料的粘结剂，是人类历史上最早使用的粘接材料。其化学组成主要是无机盐和氧化物，具有不燃烧，耐久性好的特点，而且资源丰富，不污染环境，施工方便，一般可在室温至350℃下固化，因而无机型高温粘结剂的研究开发较多。其缺点是内聚强度低、质脆、粘附性能差，对粘接接头设计有一定的要求，一般采用嵌接、套接、槽接等形式，耐酸碱性和耐水性差。而有机材料粘接剂在室温情况下具有较好的粘结性能，但是在温度高于300℃时，粘结强度急剧下降，抗热震性能也不理想。因此，研制开发制备工艺简单、价格低廉且粘结效果良好的炭材料高温粘结剂仍然迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对目前无机型高温粘结剂在高温下内聚强度低，粘结性能差，而有机材料粘接剂在室温情况下具有较好的粘结性能，但在温度过高的环境中时，粘结强度急剧下降，抗热震性能也不理想的缺陷，提供了一种炭材料用高温粘结剂的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种炭材料用高温粘结剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2～3h，过筛得到细化富硼渣，将400～500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热，启动搅拌器，以400～500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300～400mL浓硫酸，搅拌反应，得到富硼浆液；（2）将上述富硼浆液过滤，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200～300mL双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氧化镁，直至混合氧化液，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温，蒸发浓缩得到含镁硼酸结晶；（3）按重量份数计，向带有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的三口烧瓶中加入50～60份蒸馏水、10～15份十二烷基磺酸钠、4～5份磷酸溶液，启动搅拌器以200～220r/min的转速搅拌，水浴升温，将40～45份丙烯酸、20～30份甲基丙烯酸加入三口烧瓶后，继续反应，得到种子乳液；（4）按重量份数计，向上述三口烧瓶中加入20～30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向三口烧瓶中滴加1～3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应，继续加热升温，保温反应，降温，用氨水调节pH，出料，得到丙烯酸酯胶乳；（5）按重量份数计，取60～70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20～25份可膨胀性石墨，混合得到耐热填料，取蛭石放入球磨机中球磨30～40min，过筛得到蛭石粉，将蛭石粉、丙烯酸酯胶乳、耐热填料混合，得到散热胶乳；（6）将400～500g干燥膨胀珍珠岩倒入装有冷凝回流装置的三口烧瓶中，加热升温，对三口烧瓶抽真空，将散热胶乳与乙酸乙酯混合得到混合液，将混合液倒入三口烧瓶中，直至淹没膨胀珍珠岩，保温吸附，冷却至室温，得到包芯膨胀珍珠岩；（7）按重量份数计，将30～40份间苯二甲酸、20～25份新戊二醇、5～10份三羟甲基丙烷、1～3份单丁基氧化锡混合，放入装有冷凝装置的四口烧瓶中，启动搅拌器，以400～450r/min的转速搅拌，加热升温，在氮气保护下，保温反应后加入10～15份1，4-环己烷二甲酸，酸解反应，再加入10～15份含镁硼酸结晶，降温至室温，掺入20～30份包芯膨胀珍珠岩，继续反应，得到炭材料用高温粘结剂。步骤（1）所述的过筛规格为200～300目，水浴加热温度为90～95℃，浓硫酸质量分数为85%，搅拌反应时间为2～3h。步骤（2）所述的控制过滤时富硼浆液温度为80～95℃，双氧水的质量分数为20%，添加氧化镁直至混合氧化液pH至9～10，加热升温温度为80～85℃，蒸发浓缩时间为4～5h。步骤（3）所述的磷酸溶液的质量分数为15%，水浴升温温度为70～80℃，继续反应时间为10～15min。步骤（4）所述的滴液漏斗滴加速率3～5mL/min，保温反应时间为30～40min，继续加热升温温度为90～100℃，保温反应时间为45～55min，降低温度为55～60℃，氨水质量分数为20%，用氨水调节pH为6.0～7.0。步骤（5）所述的所过筛规格为100目筛，蛭石粉、丙烯酸酯胶乳、耐热填料混合质量比为1︰4︰5。步骤（6）所述的干燥膨胀珍珠岩粒径为200目，加热升温温度为100～120℃，对三口烧瓶抽真空后压力为800～900Pa，散热胶乳与乙酸乙酯混合质量比为2︰3，保温吸附时间为2～3h。步骤（7）所述的加热升温温度为230～250℃，保温反应时间为2～3h，酸解反应时间为2～3h，继续反应时间为20～30min。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术以丙烯酸、甲基丙烯酸为单体，加入蒸馏水、十二烷基磺酸钠、磷酸等物质，经过加热搅拌反应得到种子乳液，向种子乳液中加入环氧大豆油、引发剂，经过交联反应后再以氨水调节pH，得到丙烯酸酯胶乳，将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、可膨胀性石墨混合得到耐热填料，将耐热填料、蛭石粉、丙烯酸酯胶乳混合得到散热胶乳，将散热胶乳与乙酸乙酯混合得到混合液，再将膨胀珍珠岩浸入混合液中，降温后得到包芯膨胀珍珠岩，将间苯二甲酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷混合，用单丁基氧化锡催化引发聚合制备聚酯树脂，经酸解后掺入包芯膨胀珍珠岩、含镁硼酸结晶得到炭材料用高温粘结剂，本专利技术中利用环氧大豆油具有较强的抗氧化性能，能够对丙烯酸酯胶乳进行交联改性，从而对高温粘结剂的固化交联起到促进作用，交联度的增加使粘结剂的耐热性能提升，所添加的耐热填料在外界高温条件下具有降温作用，使高温粘结剂保持适当的内聚强度；（2）本专利技术中环氧大豆油与丙烯酸酯乳液发生羟基缩合脱水反应从而形成网络互穿交联结构，环氧大豆油中含有环氧基团、醚键、羟基等极性基团与活泼性基团，使丙烯酸酯胶乳表现出优良的粘接强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭材料用高温粘结剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2～3h，过筛得到细化富硼渣，将400～500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热，启动搅拌器，以400～500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300～400mL浓硫酸，搅拌反应，得到富硼浆液；（2）将上述富硼浆液过滤，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200～300mL双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氧化镁，直至混合氧化液，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温，蒸发浓缩得到含镁硼酸结晶；（3）按重量份数计，向带有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的三口烧瓶中加入50～60份蒸馏水、10～15份十二烷基磺酸钠、4～5份磷酸溶液，启动搅拌器以200～220r/min的转速搅拌，水浴升温，将40～45份丙烯酸、20～30份甲基丙烯酸加入三口烧瓶后，继续反应，得到种子乳液；（4）按重量份数计，向上述三口烧瓶中加入20～30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向三口烧瓶中滴加1～3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应，继续加热升温，保温反应，降温，用氨水调节pH，出料，得到丙烯酸酯胶乳；（5）按重量份数计，取60～70份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、20～25份可膨胀性石墨，混合得到耐热填料，取蛭石放入球磨机中球磨30～40min，过筛得到蛭石粉，将蛭石粉、丙烯酸酯胶乳、耐热填料混合，得到散热胶乳；（6）将400～500g干燥膨胀珍珠岩倒入装有冷凝回流装置的三口烧瓶中，加热升温，对三口烧瓶抽真空，将散热胶乳与乙酸乙酯混合得到混合液，将混合液倒入三口烧瓶中，直至淹没膨胀珍珠岩，保温吸附，冷却至室温，得到包芯膨胀珍珠岩；（7）按重量份数计，将30～40份间苯二甲酸、20～25份新戊二醇、5～10份三羟甲基丙烷、1～3份单丁基氧化锡混合，放入装有冷凝装置的四口烧瓶中，启动搅拌器，以400～450r/min的转速搅拌，加热升温，在氮气保护下，保温反应后加入10～15份1，4‑环己烷二甲酸，酸解反应，再加入10～15份含镁硼酸结晶，降温至室温，掺入20～30份包芯膨胀珍珠岩，继续反应，得到炭材料用高温粘结剂。...

【技术特征摘要】
1.一种炭材料用高温粘结剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2～3h，过筛得到细化富硼渣，将400～500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热，启动搅拌器，以400～500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300～400mL浓硫酸，搅拌反应，得到富硼浆液；（2）将上述富硼浆液过滤，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200～300mL双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氧化镁，直至混合氧化液，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温，蒸发浓缩得到含镁硼酸结晶；（3）按重量份数计，向带有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的三口烧瓶中加入50～60份蒸馏水、10～15份十二烷基磺酸钠、4～5份磷酸溶液，启动搅拌器以200～220r/min的转速搅拌，水浴升温，将40～45份丙烯酸、20～30份甲基丙烯酸加入三口烧瓶后，继续反应，得到种子乳液；（4）按重量份数计，向上述三口烧瓶中加入20～30份环氧大豆油，再用滴液漏斗向三口烧瓶中滴加1～3份过硫酸钾，滴加完毕后，保温反应，继续加热升温，保温反应，降温，用氨水调节pH，出料，得到丙烯酸酯胶乳；（5）按重量份数计，取60～70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20～25份可膨胀性石墨，混合得到耐热填料，取蛭石放入球磨机中球磨30～40min，过筛得到蛭石粉，将蛭石粉、丙烯酸酯胶乳、耐热填料混合，得到散热胶乳；（6）将400～500g干燥膨胀珍珠岩倒入装有冷凝回流装置的三口烧瓶中，加热升温，对三口烧瓶抽真空，将散热胶乳与乙酸乙酯混合得到混合液，将混合液倒入三口烧瓶中，直至淹没膨胀珍珠岩，保温吸附，冷却至室温，得到包芯膨胀珍珠岩；（7）按重量份数计，将30～40份间苯二甲酸、20～25份新戊二醇、5～10份三羟甲基丙烷、1～3份单丁基氧化锡混合，放入装有冷凝装置的四口烧瓶中，启动搅拌器，以400～450r/min的转速搅拌，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡莉，邓博，陈帅，
申请(专利权)人：常州蓝森环保设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32