專利名稱：低溫用憎水膨脹珍珠巖及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬低溫絕熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫用的憎水膨脹珍珠巖及其制備方法。
背景技術(shù)：
從火山噴溢的熾熱的熔融物，經(jīng)冷卻凝結(jié)的產(chǎn)物都可稱作熔巖，但也由于巖漿噴出地表面冷卻很快，以至其中原子或離子來不及組合形成有規(guī)則的結(jié)晶物質(zhì)，凝固形成天然的玻璃物質(zhì)，這種天然形成的玻璃質(zhì)巖石，當其化學(xué)成份中的SiO2含量＞65％，稱為酸性玻璃質(zhì)熔巖。如珍珠巖、松質(zhì)巖、黑曜巖，統(tǒng)稱珍珠巖。
珍珠巖經(jīng)過破碎、分級、預(yù)熱、高溫瞬間熔燒體積膨脹10-25倍后，稱膨脹珍珠巖。膨脹珍珠巖呈多孔狀的組織結(jié)構(gòu)，密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐火和吸音性能好，且無毒無味，可廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、電力、化工、空分、液化氣體、深冷絕熱以及農(nóng)業(yè)、園林花卉作無土栽培、土壤改良劑、農(nóng)藥載體、食品工業(yè)助濾劑、動物飼料添加劑等。但由于膨脹珍珠巖為開口多孔狀結(jié)構(gòu)，其吸水率根據(jù)密度大小可吸附自身重量4~9倍的水，因為水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大24倍，相當于增加了眾多的熱橋，使其導(dǎo)熱系數(shù)大大提高，這種新水的膨脹珍珠巖其性能見表1表1

膨脹珍珠巖的親水性能主要原因在于1、膨脹珍珠巖的比表面積很大，一般為10m2/g，根據(jù)朗氏吸附公式＝k·s ………………………(1)式中，吸附量；k，某種材料的常數(shù)；s，表面積，由(1)式可看出，在固定物質(zhì)種類條件下，表面積吸附量與其表面積有關(guān)，表面積越大，吸附量也就越大。因此，膨脹珍珠巖很容易吸水。
2、由于膨脹珍珠巖呈微孔洞結(jié)構(gòu)，存在著大量的微孔洞，表面張力產(chǎn)生的變化即毛細管現(xiàn)象，使水分子會自動順著孔洞向內(nèi)部遷移，直至表面張力產(chǎn)生壓力差ΔP達到平衡為止，壓力差可用下式表示ΔP＝2·f/r ….……………………(2)式中f表面張力；r毛細孔半徑。
由式(2)可見毛細孔越細，壓力差越大，吸入的水份的能力也越大。
3、浸潤熱浸潤熱是膨脹珍珠巖表面被浸潤至潤濕所釋放出的熱量，其數(shù)值可反映固體表面總能量的變化。浸潤熱越大，說明膨脹珍珠巖和水的親和力也越大。由于珍珠巖玻璃體和水的結(jié)構(gòu)特性可知，當它們接觸后，會產(chǎn)生大面積和速度很快的浸潤。
由以上膨脹珍珠巖的水機理可知，要保持膨脹珍珠巖優(yōu)良的絕熱效果，關(guān)鍵是要防止水的浸入，解決膨脹珍珠巖的憎水問題。
隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，到2001年末，我國空分設(shè)備行業(yè)共生產(chǎn)大、中、小型空分設(shè)備8000余套，1000m3/h以上的空分設(shè)備604套，至2004年末我國引進1000m3/h以上的空分設(shè)備達134套。寶鋼一期工程一次就使用膨脹珍珠巖12,000m3。到目前為止，制氧機所用的膨脹珍珠巖都是不憎水的，空氣中的水汽會從閘門等有關(guān)縫隙，侵入處于-196℃液氧裝置的膨脹珍珠巖絕熱層，由于膨脹珍珠巖的親水性，此會大量集結(jié)空氣中水份，降低膨脹珍珠巖的絕熱性能，減少制氧機的產(chǎn)氣量，增加電耗。到一定的時候必須周期性的停產(chǎn)加熱烘干或更換干燥的膨脹珍珠巖，這樣既影響生產(chǎn)，也增加工廠成本。
其次隨著我國液化天然氣(LNG)的發(fā)展，液化天然氣的溫度為-162℃，LNG工廠、LNG站、LNG槽船、LNG氣化站，都需要大量的膨脹珍珠巖。我國將每年從澳大利亞引進300萬噸/年液化天然氣，為期25年，從印度尼西亞引進250萬噸/年液化天然氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有憎水性能的膨脹珍珠巖及其制備方法，以提高膨脹珍珠巖的絕熱性能，從而適應(yīng)日益發(fā)展的空分設(shè)備和液化天然氣生產(chǎn)設(shè)備等對膨脹珍珠巖的廣泛需求。
本發(fā)明提出的憎水性膨脹珍珠巖，是由膨脹珍珠巖和其表面涂上憎水劑而形成的憎水保護膜組成。
本發(fā)明中，所述的憎水保護膜可以是有機脂肪類物質(zhì)，可以是通常的油類物質(zhì)，本發(fā)明尤其強調(diào)的是采用有機硅，即硅油而形成的硅氧烷膜。
硅油是一類具有多種粘度、無毒、無嗅、耐腐蝕、不易燃燒的液體，低粘度的硅油具有高度的疏水性(憎水)，由硅油處理過的表面可形成有機硅氧烷分子膜層，均勻地分布在膨脹珍珠巖微孔壁面上而不會封閉通道。從而能大大的減小透水性和吸水性，而不破壞透氣性。這種特性使水氣只出不進，既有利于材料的脫水干燥，又不影響材料的絕熱性能。其機理是膨脹珍珠巖表面的羥基(0H)活性大，可與有機硅氧烷形成氫鏈或與有機化合物末端的活性鍵起化學(xué)反應(yīng)生成牢固的憎水膜，從而達到憎水效果。其膜層的化學(xué)鍵和氫鍵結(jié)合的圖示分別見圖1和圖2所示。
本發(fā)明提出的上述憎水膨脹珍珠巖的制備工藝如下經(jīng)過多次試驗摸索，根據(jù)乳化憎水劑可溶于水并在水中能很快分散、溶解的特性，采取將憎水劑加水稀釋，再加入膨脹珍珠巖混合攪拌的工藝路線，憎水劑∶水的重量比為1∶5~15，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖的重量比為0.8-1.4∶1，然后進行混合攪拌，烘干脫水，即得所需憎水性膨脹珍珠巖。與將憎水劑和膨脹珍珠巖直接混合的工藝相比，這里憎水劑的用量大大降低，憎水性能合格，產(chǎn)品密度變化也不大。
在具體生產(chǎn)線上，本發(fā)明采用連續(xù)法制備憎水膨脹珍珠巖產(chǎn)品。珍珠巖在窯爐高溫熔燒過程中，在產(chǎn)品成型部位，按重量比例直接向膨脹珍珠巖表面均勻噴涂憎水劑溶液，然后，烘干脫水，一次完成，制得憎水膨脹珍珠巖。由本發(fā)明制備獲得的憎水膨脹珍珠巖和不憎水的膨脹珍珠巖，其性能對比見表2表2

本發(fā)明制備的憎水膨脹珍珠巖可廣泛用作制氧機行業(yè)、低溫保溫設(shè)備等領(lǐng)域高性能絕熱材料。
制氧機行業(yè)空分設(shè)備、低溫液體容器、液氧槽車、乙烯冷箱等，都要大量的流動性好(膨脹珍珠巖的安息角33~37度)的其他保溫材料所不能取代的膨脹珍珠巖，作為填充絕熱材料，以減少冷氣損失，節(jié)約能源，膨脹珍珠巖在制冷裝置中因漏入的濕空氣受潮而必須周期性調(diào)換膨脹珍珠巖，回顧空分行業(yè)50年的發(fā)展歷史所用絕熱材料，第一代礦渣棉、第二代是碳酸鎂、第三代為目前使用的普通不憎水的膨脹珍珠巖。但以上這些材料雖均具有空隙率高、密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低的特性，但吸水率高，絕熱性能在吸水后大大降低。
低溫設(shè)備保溫技術(shù)另一個領(lǐng)域-162℃液化天然氣(LNG)，是將開采出來的天然氣，經(jīng)脫水、脫酸氣體和重烴，然后經(jīng)壓縮、膨脹而成低溫液體，LNG天然氣是一種獨特的儲存和運輸方式，它有利用偏選天然氣的回收和降低天然氣的儲存成本。LNG天然氣是個非常龐大的工業(yè)鏈；主要包括LNG液化工廠、LNG接收終端、LNG槽車、LNG槽船、LNG氣化站。均需要大量的流動性好、(便于填充)密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低和憎水要求高的絕熱材料。一般普通的膨脹珍珠巖根本不能采用。


圖1為膨脹珍珠巖憎水膜層的化學(xué)鍵結(jié)合圖示。
圖2為膨脹珍珠巖憎水膜層的氫鍵結(jié)合圖示。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
實施例1，憎水劑∶水＝1∶5(重量比)形憎水劑溶液，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖＝1∶1(重量比)，混合攪拌均勻，干燥脫水至衡重，得膨脹珍珠巖，其憎水要求即能滿足槽船所用憎水膨脹珍珠巖法國GTT公司技術(shù)指標。這里憎水劑采用硅油。
實施例2，憎水劑∶水＝1∶7(重量比)形成憎水劑溶液，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖＝1.2∶1(重量比)，混合攪拌均勻，干燥脫水達到衡重，得憎水膨脹珍珠巖，其憎水指標即能超過法國GTT公司所提出的憎水技術(shù)指標。這里憎水劑采用硅油，或者為有機脂肪類材料。
實施例3，憎水劑∶水＝1∶15(重量比)，形成憎水劑溶液，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖＝1.4∶1(重量比)，混合攪拌均勻，干燥脫水達到衡重，得憎水膨脹珍珠巖，其憎水性能良好，能適合制氧機行業(yè)中空分設(shè)備等需要。這里憎水劑采用硅油或者為有機脂肪類材料。
實施例4，憎水劑∶水＝1∶10(重量比)，形成憎水劑溶液，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖＝0.8∶1(重量比)，混合攪拌均勻，干燥脫水達到衡重，得憎水膨脹珍珠巖，其憎水性能良好，能適合制氧機行業(yè)中空分設(shè)備等需要。這里憎水劑采用硅油，或者為有機脂肪類材料。
以上比例所生產(chǎn)憎水膨脹珍珠巖，憎水率可以達到90~95％，其它指標與表2數(shù)據(jù)基本相同。
權(quán)利要求
1.一種憎水膨脹珍珠巖，其特征在于由膨脹珍珠巖與其表面涂上憎水劑而形成的憎水保護膜組成，該憎水保護膜材料為有機脂肪類物質(zhì)，或油類物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憎水膨脹珍珠巖，其特征在于憎水保護膜為采用硅油作為憎水劑而形成的硅氧烷膜。
3.一種如權(quán)利要求1所述的憎水膨脹珍珠巖的制備方法，其特征在于采用將憎水劑加水稀釋，再加入膨脹珍珠巖混合攪拌的工藝路線，憎水劑∶水的重量比為1∶5~15，憎水劑溶液∶膨脹珍珠巖的重量比為0.8-1.4∶1，然后進行混合攪拌，干燥脫水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水膨脹珍珠巖的制備方法，其特征在于憎水劑采用有機脂肪類物質(zhì)或為油類物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的憎水膨脹珍珠巖的制備方法，其特征在于憎水劑采用硅油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憎水膨脹珍珠巖的制備方法，其特征在于珍珠巖在窯爐高溫熔燒過程中，在產(chǎn)品成型部位，按重量比例直接向膨脹珍珠巖表面均勻噴涂憎水劑溶液，然后烘干脫水，制得憎水膨脹珍珠巖。
全文摘要
本發(fā)明為一種憎水膨脹珍珠巖及其制備方法。它由膨脹珍珠巖表面涂上憎水劑形成憎水保護膜而制備獲得。憎水劑可采用有機脂肪類物質(zhì)、油類物質(zhì)，尤其采用硅油，可獲得更為理想的憎水效果。本發(fā)明的制備采用憎水劑加水稀釋，然后與膨脹珍珠巖混合攪拌的工藝路線，使憎水劑的用量大大降低。在生產(chǎn)線上采用連續(xù)法生產(chǎn)，噴涂，干燥脫水一次完成，簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明產(chǎn)品可廣泛用作制氧機行業(yè)及低溫保溫設(shè)備等領(lǐng)域的絕熱材料。
文檔編號C04B20/00GK1579985SQ200410018499
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者陶吉林, 徐亞宏, 許國耀, 付春紅, 黃海明 申請人:上海寶能輕質(zhì)材料有限公司, 滬東中華造船(集團)有限公司