CZ2013331A3 - Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny - Google Patents
Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013331A3 CZ2013331A3 CZ2013-331A CZ2013331A CZ2013331A3 CZ 2013331 A3 CZ2013331 A3 CZ 2013331A3 CZ 2013331 A CZ2013331 A CZ 2013331A CZ 2013331 A3 CZ2013331 A3 CZ 2013331A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- kaolin
- foam
- mixture
- water
- stabilizing
- Prior art date
Links
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 claims description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 8
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 6
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims description 6
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 2
- 102100032843 Beta-2-syntrophin Human genes 0.000 description 1
- 108050004003 Beta-2-syntrophin Proteins 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- -1 crushed fireclay Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008258 liquid foam Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Popisuje se způsob přípravy a stabilizace pevné kaolinové pěny smícháním kaolinové suspenze s pěnou vytvořenou z povrchově aktivní látky s vodou a stabilizace kaolinové pěny křemelinou, případně její směsi s jinou porézní látkou s konečnou úpravou vysušením a výpalem. Způsobem podle vynálezu se připraví tuhé pěny s extrémně nízkou objemovou hmotností a s vysokou chemickou i tepelnou stabilitou, které jsou použitelné i v podmínkách vysokých teplot a tlaků a také jako tepelně a zvukově izolační hmoty.
Description
Vynález se týká způsobu přípravy a stabilizace pevné kaolinové pěny smícháním kaolinové suspenze s pěnou vytvořenou z povrchově aktivní látky s vodou a stabilizace kaolinové pěny křemelinou, případně její směsi s jinou porézní látkou s konečnou úpravou vysušením a výpalem.
Dosavadní stav techniky
Pěny jsou disperzní systémy, které je možné definovat jako systém plynné fáze, nejčastěji vzduch, dispergované ve spojité fázi kapalné (vodné či organické) nebo pevné (kovy, silikáty, sklo atd.) fázi. Průměr bublinek plynu obyčejně dosahuje několika milimetrů, málokdy však mají kulový tvar, protože hmotnost pěny a vzájemné deformace vedou ke vzniku polyedrických buněk, u kterých stěny bublin nejčastěji svírají úhel 120°. V jednom bodě tak mohou být v kontaktu čtyři buňky. Taková struktura propůjčuje pěnám mechanickou pevnost a elasticitu [a,b,c,d].
Kapalné pěny se obyčejně vyrábí mechanickou dispergací plynu v kapalině za stabilizace disperze pomocí povrchově aktivních látek (tenzidů). Povrchově aktivní látky snižují povrchové napětí vytvoření povrchového filmu. Druh a množství použité povrchově aktivní látky má zásadní vliv na strukturu a stabilitu pěny [e].
Problémem keramických pěn je jejich stabilizace, protože za relativně krátký čas zmenší svůj objem přibližně o 50 %, čímž přirozeně redukuje mezifázové rozhraní a tím i povrchovou energii.
Reference:
[a] B.H. Smith, S. Szyniszewski, J.F. Hajjar, B.W. Schafer, S.R. Arwade, Steel foam for structures: A review of applications, manufacturing and materiál properties. Joumal of Constructional Steel Research 71 (2012) 1-dO.
[b] S.E. Friberg, Foams from non-aqueous systems. Current Opinion in Colloid & Interface Science 15 (2010) 359*364.
[c] W.-Y. Jang, A.M. Kraynik, S.Kyriakides, On the microstructure of open-cell foams and its effect on elastic properties. Intemational Joumal of Solids and Structures 45 (2008) 1845Í1875.
[d] J. Luyten, S. Mullens, J. Cooymans, A.M. De Wilde, I. Thijs, R. Kemps, Different methods to synthesize ceramic foams. Joumal of the European Ceramic Society 29
Z (2009) 829M532.
[e] S.S. Vojuckij, Kurz koloidní chemie, z ruš. přel. Vladimír Karpenko, Josef Šobr, SNTL (1984) Praha.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Schématické znázornění vzniku pevného skeletu pěny delaminací kaolinitových agregátů.
Obr. 2: Pěna po tepelném zpracování.
Podstata vynálezu
Výše uvedený nedostatek řeší způsob přípravy a stabilizace pevné kaolinové pěny připravené z kaolinové suspenze vzniklé smícháním cementu, vody a kaolinu, přičemž se následně přidá pěna povrchově aktivní látky s vodou. Vzniklá kaolinová pěna se stabilizuje přídavkem porézní látky, kterou je křemelina, případně ve směsi s další porézní látkou nebo směsí porézních látek v maximálním množství 50 hmot?, % celkového množství kaolinové směsi. Kaolinová pěna se zcela vysuší a poté vypálí při teplotě 1150 °C až 1350 °C.
Přidanou porézní látkou při výrobě kaolinové pěny je podle výhodného provedení směs křemeliny s plnivem. Plnivem může být drcený šamot, keramzit, vermikulit nebo jejich směsi. Pro zlepšení manipulovatelnosti s vysušenou pěnou může záměs obsahovat malé množství hlinitanového nebo portlandského cementu.
Kaolinová pěna vyrobená způsobem podle vynálezu je využitelná jako lehčená žáruvzdorná hmota, pro zvukové či tepelné izolace, filtry nebo nosiče katalyzátorů.
Po smísení kaolinové suspenze s pěnou dochází k účinné delaminaci kaolinitových agregátů. Delaminace probíhá samovolně, neboť tento děj je spojený s poklesem mezifázové energie soustavy. Delaminované částice kaolinitu, které vodná fáze dobře smáčí, se rozmístí při povrchu bublin pěny ze strany vodné fáze, čímž vytvoří
-j skelet, kopírující strukturu původní pěny (Obr.il). Přidaná pěna do suspenze se vyrobí z povrchově aktivní látky (tenzidy) v roztoku s vodou. Tenzidy, stejně jako různé pěnící agregáty, jsou komerčně dostupné a používají se v betonářství. Tenzidy se mohou jakýmkoli způsobem našlehat nebo napěnit intenzivním mícháním.
Systém se stabilizuje přídavkem porézní látky, např. křemeliny, která odsaje vodu a systém stabilizuje před kolapsem, v který by jinak vyústilo stárnutí pěny (pěna bez stabilizace zůstává stabilní pouze ~30 min). Stabilizace pěny je založena na fyzikálním principu odsávání vody do pórů (kapilár) materiálu porézní látky, takže lze stabilizovat směs téměř libovolného složení. Jako porézní látka se používá křemelina, navíc se může přidat i plnivo nebo jejich směs. Rychlost odsávání lze řídit typem látky (křemelina, drcený šamot, keramzit, vermikulit aj.), jejich granulometrickým složením (větší částice odsávají pomaleji než stejná hmotnost jemnějšího materiálu) nebo dle vzájemného poměru těchto látek, jsou-li použity ve směsi. Křemelina a plniva mohou být v těchto systémech zastoupeny až z 50:hmod%, Díky způsobu stabilizace kaolinové pěny podle vynálezu nedochází ke kolapsu struktury pěny během sušení a pálení. Je tak možné vytvořit stabilní objem pěny i ve velkých blocích.
Kaolinová suspenze se nalije do formy, ze které se vyjme přibližně za jeden den. Po vyjmutí z formy následuje několikahodinové sušení a výpal přibližně 8 A 14 hodin. Výpal uděluje pěně mechanickou pevnost a chemickou odolnost (Obr. 3)· Pro zlepšení í» *9 »4 * * ·9 i i «3
Ϊ *i
S Λ ·« t Ϊ « i · í « « · « *
S 1 «
♦ · · manipulovatelnosti s vysušenou pěnou, lze do záměsi přidat malé množství hlinitanového nebo portlandského cementu. Doba sušení a výpalu závisí na objemu a především tvaru výrobku odlitého z kaolinové pěny. Například kostka rozměrů 20 x 20 x 20 mm se suší 2 3 hodiny a výpal pak probíhá asi 10 h, kdežto sušení bloku 100 x 100 x 20 mm může probíhat i 5x tak dlouho, aby nepopraskal v důsledku příliš rychlého sušení. Výpal výsušku se pak prodlužuje 1,5 x a 2 x.
Po stabilizaci struktury kaolinové pěny křemelinou s navazujícím tepelným zpracováním lze připravit extrémně lehké tuhé pěny, které mají tloušťku stěny pórů Λ menší než 0,16 pm. To je přibližně 10 x méně než je medián průměru částic v původním použitém kaolinu (1,4 pm). Tímto postupem je možné připravovat pěny s extrémně nízkou objemovou hmotností, která může být nižší než 30 kgxm'3, s vysokou chemickou i tepelnou stabilitou. Takové materiály lze používat jako tepelně a zvukově izolační hmoty o extrémně nízké objemové hmotnosti, filtry nebo nosiče katalyzátorů použitelné i v podmínkách vysokých teplot a tlaků.
Vynález je dále vysvětlen pomocí příkladů uskutečnění vynálezu, které však žádným způsobem neomezují jiná možná provedení v rozsahu patentových nároků.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1:
Příprava kaolinové pěny s objemovou hmotností méně než 100 kg-m3.
V prvním kroku přípravy kaolinové suspenze se jednotlivé složky smísí podle % / hmotn, uvedených v Tab. L Cement se smísí se záměsovou vodou, tak aby jeho hydratace nebyla nepříznivě ovlivněna tenzidem v pěně. Další krok navazuje ještě v rámci indukční periody, kdy se do záměsi přidá kaolin. Po rozmíchání na suspenzi se do suspenze vmíchá pěna, připravená smícháním a napěněním komerčně dostupné povrchové látky s vodou, jejíž objem se volí s ohledem na požadovanou objemovou hmotnost. Stabilizace pěny před hrubnutím a kolapsem její struktury se provede přídavkem křemeliny v množství dle níže uvedené tabulky 1. Pěna se nalije do formy, druhý den se z formy
i t
Sil vyjme a nechá několik hodin pozvolna vysušit. Po úplném vysušení se pěna vypálí při teplotě 1150 ^1350 °C. Doba výpalu závisí na objemu a tvaru odlitku.
)
Tab.jl: Složení pěny v objemu 8 dm3.
| Surovina | Kaolin | Křemelina | Cement | Voda |
| Obsah | 385 | 10 | 25 | 550 |
| [g] |
Příklad 2:
Příprava kaolinové pěny ve směsi s ostřivem, kde surovinová směs má 20 % kaolinu nahrazeno vermikulitem.
Počáteční stupně fáze přípravy jsou shodné s příkladem 1, tj. cement se smísí se záměsovou vodou, tak aby jeho hydratace nebyla nepříznivě ovlivněna tenzidem v pěně. Další krok navazuje ještě v rámci indukční periody, kdy se do záměsi přidá kaolin. Po rozmíchání na suspenzi se přidá pěna. Následně se přidá plnivo vermikulit a systém se stabilizuje přídavkem křemeliny. Množství jednotlivých složek pěny je uvedené v Tab.2 Pěna se nalije do formy a následuje sušení a výpal jako v příkladu 1.
Tab.2: Složení pěny s přídavkem plniva v objemu 8 dm3.
| Surovina | Kaolin | Křemelina | Cement | Vermikulit | Voda |
| Obsah [g] | 308 | 10 | 5 | 77 | 550 |
X . 6 ’
Vysoká tepelná, mechanická a chemická odolnost materiálu umožňuje využití stabilizované kaolinové pěny jako nosiče katalyzátorů, filtrů pro plyny, kapaliny i taveniny použitelné také v podmínkách vysokých teplot a tlaků a dále jako tepelně a zvukově izolační hmoty o extrémně nízké objemové hmotnosti.
Claims (5)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob výroby kaolinové pěny, vyznačující se tím, že se připraví kaolinová suspenze smícháním cementu, vody a kaolinu, následně se přidá pěna povrchově aktivní látky s vodou a vzniklá kaolinová pěna se stabilizuje přídavkem porézní látky, kterou je křemelina, volitelně ve směsi s další porézní látkou nebo směsí porézních látek v maximálním množství 50hmot. % celkového množství kaolinové směsi, přičemž se kaolinová pěna následně zcela vysuší a poté vypálí při teplotě 1150 °C až 1350 °C.
- 2. Způsob výroby kaolinové pěny podle nároku 1, vyznačující se tím, že se ke kaolinové suspenzi přidá hlinitanový nebo portlandský cement.
- 3. Způsob výroby kaolinové pěny podle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že porézní látkou je směs křemeliny s plnivem.
- 4. Způsob výroby kaolinové pěny podle nároku 3, vyznačující se tím, že plnivem je drcený šamot, keramzit, vermikulit nebo jejich směsi.
- 5. Použití kaolinové pěny vyrobené způsobem podle nároků 1 až 4 jako lehčené žáruvzdorné hmoty, zvukové či tepelné izolace, jako filtrů nebo nosičů katalyzátorů.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-331A CZ304479B6 (cs) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-331A CZ304479B6 (cs) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013331A3 true CZ2013331A3 (cs) | 2014-05-21 |
| CZ304479B6 CZ304479B6 (cs) | 2014-05-21 |
Family
ID=50725550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-331A CZ304479B6 (cs) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304479B6 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307528B6 (cs) * | 2007-01-25 | 2018-11-14 | Sedlecký kaolin a. s. | Způsob úpravy kaolinů, jílů a jejich směsí |
| CN100536988C (zh) * | 2007-08-24 | 2009-09-09 | 晋城市富基新材料有限公司 | 氧化铝质泡沫陶瓷过滤器 |
| CN102936151B (zh) * | 2012-11-16 | 2014-01-01 | 张一唯 | 利用陶瓷废弃物生产的泡沫吸声材料及其制备方法 |
| CN103121826A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-29 | 安徽晋马环保节能科技有限公司 | 屋面、地暖混凝土发泡保温材料及其制备方法 |
-
2013
- 2013-05-06 CZ CZ2013-331A patent/CZ304479B6/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304479B6 (cs) | 2014-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guo et al. | Preparation of microporous mullite ceramics by foaming for high temperature thermal isolation | |
| US9115029B2 (en) | Thermal insulating firebrick | |
| Guo et al. | Preparation and characterization of foamed microporous mullite ceramics based on kyanite | |
| CN102918000B (zh) | 绝热材料及其制造方法 | |
| Zhang et al. | Preparation of high open porosity ceramic foams via direct foaming molded and dried at room temperature | |
| Zhao et al. | Transient liquid phase diffusion process for porous mullite ceramics with excellent mechanical properties | |
| HU186557B (en) | Light building material and process of the production | |
| CN102167619A (zh) | 低导热加气混凝土及其制备方法 | |
| Du et al. | The high porosity silicon nitride foams prepared by the direct foaming method | |
| CN103011885B (zh) | 一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法 | |
| CN110963762B (zh) | 建筑外围护结构的泡沫混凝土及其混凝土砌块的制备方法 | |
| CN106517972B (zh) | 一种发泡水泥 | |
| CN108430946A (zh) | 超轻矿物泡沫 | |
| CN102803178A (zh) | 矿物泡沫 | |
| JPH08133862A (ja) | 断熱材料およびその製造方法 | |
| Wang et al. | Emulsion-templated high porosity mullite ceramics with sericite induced textured structures | |
| US10676402B1 (en) | Ultralight inorganic foam and manufacture method thereof | |
| CN110294636B (zh) | 一种轻质隔热镍冶金废渣泡沫陶瓷及其制备方法 | |
| JP2012031006A (ja) | 耐火断熱煉瓦及びその製造方法 | |
| Jing et al. | The controllable microstructure of porous Al2O3 ceramics prepared via a novel freeze casting route | |
| Bartonickova et al. | Tailoring microstructure and properties of porous mullite-based ceramics via sol-gel impregnation | |
| RU2621796C1 (ru) | Сырьевая смесь, способ изготовления и изделие строительной аэрированной керамики | |
| CN106316306B (zh) | 墙体填充用泡沫混凝土及其制备方法 | |
| CN109265117A (zh) | 具有保温功能的特定密度轻骨料泡沫混凝土及其制备方法 | |
| CZ2013331A3 (cs) | Způsob výroby a stabilizace kaolinové pěny |