一種泡沫炭的制備方法及應用
【專利摘要】本發明公開了一種泡沫炭的制備方法及應用，所述制備方法包括如下步驟：將高軟化點瀝青快速升溫至400～500℃，加熱后得到第一中間體；將所述第一中間體趁熱慢速升溫至600℃，加熱后得到第二中間體；將所述第二中間體先快速升溫至600℃后，再慢速升溫至1000℃，得到泡沫炭。該泡沫炭用于A級節能建筑保溫材料或用于污水處理固菌載體的泡沫炭。本發明通過控制發泡過程的升溫速率及槽模壁厚，解決了溫度場傳熱不均勻問題，在較低溫度和壓力下形成泡孔均勻、規整的泡沫炭結構；使泡沫炭基體在較高溫度下進一步收縮，使其在常溫下易于整體取出；取出的泡沫炭半成品在常壓下，在不同溫度段分別控制升溫程序，得到合格的泡沫炭。
【專利說明】
一種泡沬炭的制備方法及應用
技術領域
[0001] 本發明涉及一種用高軟化點瀝青（軟化點200~300°C )連續制備泡沫炭的技術。
【背景技術】
[0002] 泡沫炭作為一種蜂窩狀的碳質功能材料，不僅強度高、導熱系數低、密度低、熱膨 脹系數低、耐高溫、抗氧化、耐酸、耐堿、吸水率低、無揮發性物質、不產生有毒氣體，而且具 有很好的可成型性和可加工性能。因此，泡沫炭可廣泛用作A級節能建筑保溫材料、航空航 天用隔熱材料、高溫管道保溫材料以及生物污水處理用生物菌固菌載體材料等。
[0003] 目前，用作制備泡沫炭的原料主要有中間相瀝青、酚醛樹脂和煤，且都是在較高的 發泡溫度和發泡壓力（600°C/7~lOMPa)下制備泡沫炭。至今，國內仍未實現泡沫炭的工 業化生產，其根本原因在于：1)高溫高壓發泡技術在工業上難以實現連續化生產，且存在 設備成本高、生產安全問題；2)中間相瀝青是一種易于石墨化的碳質前軀體，適宜于制備 高導熱泡沫炭，不宜用作制備隔熱材料，且中間相瀝青的成本很高；3)當以酚醛樹脂為原 料時，所制泡沫炭脆性很大，因此在整體結構控制、孔結構的均一性控制、結構的穩定性控 制方面難度相當大；4)以煤為原料時，只能采用間歇式高壓發泡，難以實現連續化工業生 產。5)由于發泡溫度、壓力高，造成設備泄漏的可能性就大，設備泄漏會引起氣體突然釋放， 導致泡沫炭出現裂紋；6)由于發泡溫度、壓力高，需要增加槽模壁厚，影響傳熱速率和溫度 場的均勻性，造成泡沫炭內部孔隙結構不均勻。
【發明內容】
[0004] 采用高軟化點瀝青（軟化點200~300°C )結合A級節能建筑保溫材料的尺寸，在 低溫、低壓下設計出壁薄的槽模，根據槽模的尺寸設計出窯車窯，在窯車窯上實現連續生產 用于A級節能建筑保溫材料或用于污水處理固菌載體的泡沫炭。
[0005] 基于上述目的，本發明提供了一種泡沫炭的制備方法，其包括如下步驟：
[0006] a)將軟化點為200~300°C的高軟化點瀝青以4~6°C /min的速率升溫至400~ 500°C，加熱后得到第一中間體；通過快速升溫，使體系內的溫場迅速達到均勻，液體的流變 性能在400~500°C迅速發泡并迅速固化，形成泡沫炭基體。
[0007] b)將所述第一中間體趁熱以2~3°C /min的速率升溫至600°C，加熱后得到第二 中間體；本階段的主要目的是使泡沫炭收縮，但收縮時會產生熱應力，如果熱量過分集中泡 沫炭會產生橫斷面和豎斷面，通過慢速升溫使產生的熱量在慢速升溫過程中釋放出去，避 免造成大量的不合格品。
[0008] c)將所述第二中間體先以5~10°C /min的速率升溫至600°C后，再以3~5°C / min的速率升溫至l〇〇〇°C，得到泡沫炭。泡沫炭取出后放入常壓槽模，600°C以前升溫快，是 為了節能，選擇此升溫速率也是為了減少廢品率。以3~5°C /min的速率在升溫至1000°C， 目的是去除揮發份，如果升溫速率過快，揮發份析出快，泡沫炭會產生橫斷面，因此經過試 驗選擇此升溫速率。
[0009] 作為優選方案，所述高軟化點瀝青以固體或液體的形式進行反應。
[0010] 作為優選方案，步驟b)和步驟c)在不同模槽中進行。
[0011] 本發明也提供了一種泡沫炭在A級節能建筑保溫材料中的用途。
[0012] 本發明還提供了一種泡沫炭在污水處理固菌載體中的用途。
[0013] 本發明的優點在于：
[0014] 1)通過控制發泡過程的升溫速率及槽模壁厚，解決了溫度場傳熱不均勻問題，在 較低溫度和壓力下形成泡孔均勻、規整的泡沫炭結構；
[0015] 2)使泡沫炭基體在較高溫度下進一步收縮，使其在常溫下易于整體取出；
[0016] 3)取出的泡沫炭半成品在常壓下，在不同溫度段分別控制升溫程序，得到合格的 泡沫炭。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明制備的三維泡沫炭的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例對本發明作進一步描述，但本發明的保護范圍不僅局限于實施 例。
[0019] 實施例1 :
[0020] 軟化點為241. 2°C瀝青6KG，裝料后約占槽模體積的1/3,密閉后，控制一定的升溫 程序，在470°C發泡，槽模內最高壓力為0. 7MPa。生成的泡沫炭基體通過調節窯車窯進程速 度，慢速升溫至600°C，降溫至常壓取出泡沫炭，然后放入另外的常壓槽模，進入另外一條窯 車窯，快速升溫至600°C，然后通過調節窯車窯進程速度，慢速升溫至900°C，得到孔結構均 一，抗壓強度為2. 2MPa的泡沫炭。導熱系數為0. 07W/m. K，得到的泡沫炭燃燒性能如表1所 不。
[0021] 表1:燃燒性能測試結果
[0022]
[0023] 本實施例制備的泡沫炭的結構如圖1所示，泡沫炭整體疏松多孔，孔隙之間還具 有連通的通孔。
[0024] 實施例2 :
[0025] 軟化點為291. 6°C瀝青12KG，裝料后約占槽模體積的2/3,密閉后，控制一定的升 溫程序，在550°C發泡，槽模內最高壓力為1. 2MPa。生成的泡沫炭基體通過調節窯車窯進 程速度，慢速升溫至600°C，降溫至常壓取出泡沫炭，然后放入另外的常壓槽模，進入另外一 條窯車窯，快速升溫至600°C，然后通過調節窯車窯進程速度，慢速升溫至900°C，得到孔徑 均一的泡沫炭，其中泡沫炭的平均孔徑為300 y m、壓縮強度為3. 8MPa。導熱系數為0. 06W/ m. K，得到的泡沫炭燃燒性能如表2所示：
[0026] 表2:燃燒性能測試結果
[0027]
[0028]
[0029] 實施例3 :
[0030] 軟化點為271. 5°C瀝青10KG，裝料后約占槽模體積的1/2~2/3,密閉后，控制一 定的升溫程序，在500°C發泡，槽模內最高壓力為0. 9MPa。生成的泡沫炭基體通過調節窯 車窯進程速度，慢速升溫至600°C，降溫至常壓取出泡沫炭，然后放入另外的常壓槽模，進入 另外一條窯車窯，快速升溫至600°C，然后通過調節窯車窯進程速度慢速升溫至900°C，得 到孔徑均一的泡沫炭，其中泡沫炭的平均孔徑為450 ym、壓縮強度為3. IMPa。導熱系數為 0. 04W/m. K，得到的泡沫炭燃燒性能如表3所示：
[0031] 表3:燃燒性能測試結果
[0032]
[0033] 綜上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施的范圍，凡依 本發明權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本 發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1. 一種泡沫炭的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 將軟化點為200~300°C的高軟化點瀝青以4~6°C /min的速率升溫至400~ 500 °C，加熱后得到第一中間體； b) 將所述第一中間體趁熱以2~3°C /min的速率升溫至600°C，加熱后得到第二中間 體； c) 將所述第二中間體先以5~10°C /min的速率升溫至600°C后，再以3~5°C /min 的速率升溫至l〇〇〇°C，得到泡沫炭。2. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高軟化點瀝青以固體或液體的形 式進行反應。3. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟b)和步驟c)在不同模槽中進行。4. 一種如權利要求1所述的泡沫炭在A級節能建筑保溫材料中的用途。5. -種如權利要求1所述的泡沫炭在污水處理固菌載體中的用途。
【文檔編號】C01B31/02GK105984863SQ201510087689
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月26日
【發明人】劉春法, 張秀云, 陳曉峰, 李乃民, 劉正華
【申請人】上海寶鋼化工有限公司