1 前言
現(xiàn)代生產(chǎn)提出的新課題可以在采用新工藝、新材料和新能源的基礎(chǔ)上得到解決。
在一些化學(xué)工藝中,膜料工藝占有特殊的位置。
在膜分離工藝中獲得廣泛應(yīng)用的聚合物膜料不總是具備需用的性能,如許多工
藝需要的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,以及更新性等。因此,近年來各發(fā)達(dá)國家都在積
較開發(fā)新型無機(jī)材料膜料,這類膜料擁有一系列優(yōu)越性:抗蝕和抗磨性、機(jī)械強(qiáng)度、
耐細(xì)菌作用性、熱穩(wěn)定性、在寬PH值范圍的使用性、利用蒸汽和化學(xué)試劑的更新
性、在熱作用下的較高使用壽命等。
研制無機(jī)膜料的一個(gè)可行方向,就是采用無堿
微晶玻璃。關(guān)于構(gòu)成微晶
玻璃和
玻璃結(jié)晶材料基多孔結(jié)構(gòu)的報(bào)道甚少。但是,采用簡單工藝和較低的燒結(jié)溫度是可
以制取硬性膜料的,這已引起了人們的關(guān)注,不過初始玻璃和微晶玻璃的較高物理
機(jī)械指標(biāo),應(yīng)能保障膜料的優(yōu)良機(jī)械性能、熱性能、化學(xué)性能等。
2 膜料的生產(chǎn)工藝
采用SiO2-TiO2-Al2O3-CaO-BaO-B2O3系不同粒
度組成微晶玻璃粉體構(gòu)成各種孔隙結(jié)構(gòu)。該系微晶玻璃的主要結(jié)晶相是鋇長石、鈣
長石和金紅石。其粒度組成共有如下三種:50μm以下(粒度Ⅰ)、50~63
μm(粒度Ⅱ)和63~80μm(粒度Ⅲ)。
制取玻璃結(jié)晶材料基硬性孔隙結(jié)構(gòu)的工藝過程如下:在1480~1500℃
熔制初始微晶玻璃,并在較高溫度保溫1h;在750℃使玻璃微晶化1h,在1060℃
微晶化1h;研磨微晶玻璃;按不同粒度對粉體分級;在陶瓷模內(nèi)燒結(jié)。
這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是:不必使用某種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系或無機(jī)粘合劑,因?yàn)閿?shù)量占30%~
40%的微晶玻璃的殘余玻璃相就是孔隙結(jié)構(gòu)中的粘合成分。
微晶化和形成結(jié)晶相(鈣長石、β—鋇長石和金紅石)后,在殘余玻璃的組成中
補(bǔ)充入了SiO2和Al2O3,從而改善了它的性能,其中包括化學(xué)性能和熱性能,
并對較終材料的性能產(chǎn)生了積較的作用。
3 研究與討論
為了選擇較佳燒結(jié)溫度時(shí)間參數(shù),研究了收縮率、抗彎和抗壓強(qiáng)度與燒結(jié)溫度的關(guān)系。
收縮率對硬性膜料生產(chǎn)工藝及其機(jī)械性能影響非常大。當(dāng)收縮率為6%~7%時(shí),形
成了較優(yōu)異孔隙結(jié)構(gòu)。這是選擇燒結(jié)制度的一個(gè)重要指標(biāo)。經(jīng)試驗(yàn)確定,當(dāng)收縮率為10%
左右時(shí),膜料結(jié)構(gòu)基本無孔隙,或孔隙較少。
在構(gòu)成硬性膜料時(shí),燒結(jié)過程制約于許多因素,即總有效接觸表面能、接觸表面的
相互定向、殘余玻璃相的擴(kuò)散和粘度系數(shù)、剪應(yīng)力、蒸汽壓力和蒸發(fā)速度、原子鍵力的
性質(zhì)、表面活性。
由粒度Ⅰ制得膜料的抗彎和抗壓強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度的提高而急劇增長,當(dāng)熱處理溫度
為1030℃時(shí),達(dá)到了較高值。在提高燒結(jié)溫度時(shí),粒度Ⅱ和粒度Ⅲ膜料的強(qiáng)度變化
帶有相同的特點(diǎn)。對提高度度起主要作用的是玻璃相和微晶玻璃粉體粘合顆粒。而玻璃
相的熔融及其粘度的降低,又取決于燒結(jié)和保溫溫度。但是,起決定性因素的不是保溫
時(shí)間,而是保溫溫度。
試驗(yàn)表明,在溫度超過1030℃的條件下,粒度I膜料的孔隙率顯著降低,1040℃
時(shí)幾乎達(dá)到零。粒度Ⅱ和粒度Ⅲ膜料的孔隙率在1170~1180℃下出現(xiàn)此情況。
三種粒度組成膜料具有以下尺寸孔隙:粒度Ⅰ膜料為6~10μm;粒度Ⅱ膜料為
20~30μm;粒度Ⅲ膜料為50~60μm?紫秲(nèi)表面覆蓋有薄薄的一層玻璃,
從而可減輕液體和氣體的滲透、滲流過程。
4 膜料的使用性能
采用微晶玻璃粉體燒結(jié)法生產(chǎn)的膜料具有如下性能:平均滲透系數(shù)為6.045×
10-13m2;平均孔隙率為37%~39%;孔隙直徑為6.9μm(平均)和
10.075μm(非常大)。用這種膜料產(chǎn)品作炭黑收集過濾器使用,比現(xiàn)行類似過濾
器(凈化效率為70%)顯示出了更高的凈化效率(98%)
使用這種膜料清除水中的微生物,前景廣闊。在0.06MPa的真空下,使污水
通過膜料。凈化后水的微生物總數(shù)為3~5個(gè)微生物菌落(每毫升水),初始值是120
個(gè)菌落,即使用這種膜料的凈化率為95%~97.5%。同時(shí),既可以清除0.5~
3μm的微小細(xì)菌,也可以清除15~100μm的巨大細(xì)菌。
5 結(jié)語
玻璃結(jié)晶材料膜具有多功能性,可用于醫(yī)學(xué)、制藥、食品、化學(xué)等工業(yè)部
門。另外,
這種膜料還具有經(jīng)300~400℃熱處理就能輕易更新的優(yōu)勢。