一般来说,陶瓷催化剂载体的制备环节里,造孔剂的性能好坏,直接就影响到最终产品的比表面积、孔径分布还有机械强度,不少生产企业现在也在尝试用低温发泡剂ADC替换传统的有机造孔剂,就想靠着它更低的分解温度,更可控的放气过程,适配特定陶瓷浆料的凝胶或者排胶工艺,不过很多做过试验的人反馈,直接替换之后,容易出现孔径不均,闭孔率偏高,甚至坯体开裂的问题,这些情况通常不是原料本身出了问题,大多是没摸透低温发泡剂ADC在陶瓷体系里的反应机理,还有和现有工艺窗口的匹配度不够。

很多人刚接触的时候,会误以为低温发泡剂ADC里的“低温”,就是陶瓷领域常用的低温范畴,其实不是的,大家平时常见的普通ADC也就是偶氮二甲酰胺,分解温度大概在205-215℃,通常被称为“低温型”的ADC,是经过化学改性或者复配处理的,能把起始分解温度降到180℃甚至更低,这个“低温”概念,其实是相对通用橡胶加工的硫化温度来说的,放到陶瓷催化剂造孔的场景里,大家真正要关注的,是它的实际分解温度能不能落在坯体强度足够锁住气体,又不至于把坯体撑崩的区间里,要是分解温度太低,气体可能在浆料流动性还很强的时候就全部逸出来,最后导致泡孔合并或者直接散掉,要是分解温度太高,又没法和低温排胶、微波干燥这类节能工艺协同起来。

除了分解温度之外,还有几个参数对陶瓷造孔的效果影响很大,气体释放速率这块,就不是越快越好的,放到陶瓷坯体的环境里,气体释放速率得和坯体的热传导、粘度变化曲线匹配上,要是一下子轰然释放,很容易形成大而稀疏的泡孔,那种温和的阶梯式释放,才更容易做出均匀的微孔结构,还有残渣特性的问题,ADC分解之后的残渣主要是联二脲、三聚氰酸这类物质,要是后续烧结工序里没法完全氧化或者挥发掉,这些残渣就会留在催化剂载体里面,把微孔堵住或者引入杂质,最后影响催化活性,粉体形态的低温发泡剂ADC,它的颗粒大小直接决定了成核位点的密度,细粉更容易形成更多的晶核,最后拿到小孔径、高比表面积的结构,不过大多数陶瓷浆料都是水性体系或者溶剂体系,ADC的粉体要是没做过专门的表面处理,很容易出现团聚的情况,造成局部气体过度积累。

陶瓷催化剂造孔,为什么要谨慎试用低温发泡剂ADC?-1

不是所有陶瓷催化剂体系都能直接用低温发泡剂ADC的,得先根据陶瓷基体的类型和现有的工艺要求提前做预判,比如酸性基体像硅铝基沸石这类的,ADC分解产生的碱性气体主要是氨气,可能和酸性基体发生中和反应,改变浆料的pH值,影响浆料的流变性还有胶体稳定性,这种时候就得先评估加稳定剂或者调整工艺窗口的可行性,要是氧化性基体比如CeO2、ZrO2这类的,升温到分解温度的过程里,ADC可能被基体里的活性氧提前催化分解,造成分解温度偏移,放气过程完全失控,这种情况就需要做严格的DSC-DTG分析,确认实际放气峰的位置才行,那些初次尝试引入低温发泡剂ADC的企业,我们一般建议先做系统性的小试,通过热重分析,确认实际浆料条件下的分解起始温度、峰值温度还有总失重率,对比不同添加量比如0.5%-3%区间里,各项数值对坯体干压强度、生坯密度的影响,等烧结完成之后,再用SEM和压汞法检测孔径分布还有闭孔率,判断气体释放和烧结致密化过程是不是协调。

我们收到过不少客户的反馈,说添加低温发泡剂ADC之后,从坯体到烧结的各个环节都没发现异常,但是最后做出来的催化剂成品机械强度掉了不少,这种情况大多是忽略了气体残留压力对陶瓷结构的损伤,要是分解产生的气体在孔隙里的压力,在陶瓷玻璃相软化之前没法充分排出去,就会形成微裂纹,拉低整体的宏观强度,还有个比较常见的误区,就是把“工艺适应性”和“产品等级差异”搞混了,陶瓷造孔更看重的是助剂在特定温度窗口里的分解行为平稳性,不是单纯追求初始分解温度的高低,有些经过微胶囊化或者复配处理的改性ADC,虽说成本会略高一点,但是它的放气曲线和陶瓷基体的匹配性会更好,要是为了压低填料成本选了常规的低温ADC,反而可能造成工艺稳定性上的损耗。

陶瓷催化剂造孔,为什么要谨慎试用低温发泡剂ADC?-2

针对陶瓷催化剂或者精密陶瓷制品的造孔需求,大家别把低温发泡剂ADC当成可以直接随便替换的原料,核心还是要摸清楚它在自己现有配方体系里的实际表现,建议工艺人员先从原料的分解曲线和浆料的流变特征入手,把基础数据攒够了,再进到放大试验的阶段,杜巴化学可以根据您的实际需求,提供配方改性和工艺改进的全流程技术支持。