一种聚-γ-谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法技术

本发明专利技术涉及一种聚

【技术实现步骤摘要】
一种聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法


[0001]本专利技术属于陶瓷制备
，具体涉及一种聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法。

技术介绍

[0002]胶体成型技术能够改善陶瓷体均匀性和减少不良微观结构缺陷，并且适用于制造复杂形状的陶瓷元件，在陶瓷工艺中具有重要的地位。其中凝胶浇注属于胶体加工的一种，具有非常多的优势，目前已应用于制备致密及多孔陶瓷元件。凝胶浇注将陶瓷浆料的传统成型与聚合物化学相结合，通过原位聚合形成大分子网络，将陶瓷颗粒固结在一起，获得高质量、形状复杂的陶瓷元件，这是一种低消耗、无压力、近净成形技术，可以替代传统的浇注成型工艺。为满足陶瓷悬浮液高固含量、低粘度的要求，在整个浇注过程中聚合物的选择是关键。
[0003]最早应用于凝胶浇注的水溶性单体包括丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺，它们能够获得高机械强度的生坯，但是使用丙烯酰胺类单体的主要问题是具有神经毒性，对人体及环境造成不可逆的危害。其他一些胶凝体系，包括丙烯酸2
‑
羟基乙酯、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺等，也表现出一些毒性并会引起陶瓷悬浮液中有机相的数量增加，同时对氧抑制抵抗力不足，导致生坯脱皮、掉粉等现象。由于这些原因，许多研究人员试图克服这些限制并用其他胶凝系统代替有毒单体，例如：多糖、琼脂、蛋白质，这些体系仍表现出一些缺点，例如浆料中固体负载量低、胶凝时间长及受温度影响较大等，因此限制了其被广泛应用。
专利技术内容
[0004]为有效解决传统凝胶浇注体系中使用毒性单体，有机试剂多，固体负载量低、胶凝时间长及受温度影响较大的问题，实现凝胶浇注法制备高性价比的陶瓷，本专利技术以绿色高效的凝胶浇注法制备高性价比陶瓷为目标，提供一种微生物发酵规模化生产的合成聚
‑
γ
‑
谷氨酸为凝胶单体的凝胶系统，实现高固体负载量、低粘度，绿色环保的制备方法，应用于制备多种性能的陶瓷制品。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，该方法为将聚
‑
γ
‑
谷氨酸溶解于水中，然后加入陶瓷粉体，充分混合，调节混合料浆的pH为2
‑
7，加入交联剂，充分搅拌，将得到的料浆注入磨具内原位聚合得到大分子网络结构的陶瓷生坯，烧结得到陶瓷；所述陶瓷粉体为莫来石、氮化硅、碳化硅、硼化锆、氧化铝、钙长石中的一种或多种。
[0006]进一步，所述聚
‑
γ
‑
谷氨酸、陶瓷粉体、交联剂、水的质量比为4
‑
6 : 60
‑
65 : 1
‑
3 : 26
‑
35。
[0007]进一步，所述混合料浆的pH值是通过滴加1M稀盐酸调节。
[0008]进一步，所述交联剂为物理交联剂、化学交联剂、酶法交联剂中的一种。
[0009]进一步，所述物理交联剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、己二酸二酰肼、壳聚糖中的一种。
[0010]进一步，加入所述物理交联剂后发生原位聚合的条件是紫外辐射，采用365 nm 紫外光照射2 h。
[0011]进一步，所述化学交联剂为乙二醇缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1
‑
( 3
‑
二甲氨基丙基)
ꢀ‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种。
[0012]进一步，所述化学交联剂加入后同时加入发泡剂十二烷基硫酸钠，用量为陶瓷粉体的0.1 wt.%。
[0013]进一步，加入所述化学交联剂发生原位聚合的温度为20
‑
60℃条件下反应1
‑
2 h。
[0014]进一步，所述酶法交联剂为辣根过氧化酶、磷酸化酶中的一种。
[0015]进一步，所述酶法交联时在40℃条件下所需时间为5
±
2s。
[0016]进一步，所述烧结条件为：烧结温度为1500
‑
1600℃，烧结时间1
‑
3 h。
[0017]进一步，所述制备方法制备的陶瓷可用作隔热陶瓷、吸波陶瓷、生物陶瓷、高温陶瓷、透明陶瓷等。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的物理交联方法是不需要在体系中加入引发剂、催化剂等过多试剂，而是在365 nm紫外光照射下，通过静电作用、氢键作用、分子之间特异性结合作用而形成，只需要简单地混合前驱体溶液与陶瓷粉体即可得到凝胶坯体，具有更强的化学选择性。
[0019]2、另外酶参与的交联是通过与接枝的聚
‑
γ
‑
谷氨酸原位反应快速形成凝胶，条件更加温和，可以在几秒内快速凝胶化且具有高效性和专一性。
[0020]3、本专利技术能够实现高性能、高精度陶瓷的制备，便于推广应用。
附图说明
[0021]图1为丙烯酰胺凝胶体系制备的氧化铝样品；图2为本专利技术实施例2制备的生坯。
实施方式
[0022]下面结合附图及具体的实施例对本专利技术的技术方案及效果做进一步描述，但本专利技术的保护范围并不限于此。
实施例
[0023]本实施例的多孔氮化硅陶瓷的制备方法为：将6 g聚
‑
γ
‑
谷氨酸溶解于28 mL水中，然后加入65g氮化硅陶瓷粉体并充分混合，调节混合料浆的pH为2，采用化学交联法，加入1g乙二醇缩水甘油醚为交联剂，并加入0.065g发泡剂十二烷基硫酸钠充分搅拌得到0.5 Pa
·
S的低粘度料浆，注入磨具内在50℃温度下反应20 min，进行原位聚合得到多孔氮化硅陶瓷生坯。因其相对低的粘度，使其料浆充满整个模具，且生坯的抗压强度为20MPa，抗折强度高达13 MPa，表面无掉粉，无脱皮现象。在1600℃下烧结2h，得到气孔率为76.5%的多孔氮化硅陶瓷，其烧结收缩率仅为0.5%，其导热系数低至0.168 W/m
·
k，作为隔热陶瓷具有很好的应用前景。
实施例
[0024]本实施例的氧化铝陶瓷的制备方法为：将4 g 聚
‑
γ
‑
谷氨酸溶解于33 mL水中，然后加入60g氧化铝陶瓷粉体并充分混合，调节混合料浆的pH为5，采用酶法交联，加入3g辣根过氧化酶为交联剂并充分搅拌0.34 Pa
·
S的低粘度料浆，注入模具内后，放置于在40℃恒温箱中反应7s，原位聚合得到氧化铝陶瓷生坯，且生坯的抗压强度为42.14 MPa，表面无掉粉，无脱皮现象，如图2所示。在1600℃下烧结3h，得到抗压强度高达152 MPa的氧化铝陶瓷，气孔率为8.64%，其烧结收缩率仅为0.88%，作为高温陶瓷成功应用于冶金领域。
实施例
[0025]本实施例的氮化硅陶瓷的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚
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γ
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谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，其特征在于，该方法为将聚
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γ
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谷氨酸溶解于水中，然后加入陶瓷粉体，充分混合，调节混合料浆的pH为2
‑
7，加入交联剂，充分搅拌，将得到的料浆注入磨具内原位聚合得到大分子网络结构的陶瓷生坯，烧结得到陶瓷；所述陶瓷粉体为莫来石、氮化硅、碳化硅、硼化锆、氧化铝、钙长石中的一种或多种。2. 根据权利要求1所述的聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，其特征在于，所述聚
‑
γ
‑
谷氨酸、陶瓷粉体、交联剂、水的质量比为4
‑
6 : 60
‑
65 : 1
‑
3 : 26
‑
35。3.根据权利要求1所述的聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，其特征在于，所述混合料浆的pH值是通过滴加1M稀盐酸调节。4.根据权利要求1所述的聚
‑
γ
‑
谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，其特征在于，所述交联剂为物理交联剂、化学交联剂、酶法交联剂中的一种。5. 根据权利要求4所述的聚
‑
γ
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谷氨酸凝胶浇注制备陶瓷的方法，其特征在于，所述物理交联剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、己二酸二酰肼、壳聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：马成良，李祥，刘源，田世帅，李斯，杨露君，孔源，陶梦雅，康佳良，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：