[發(fā)明專利]一種空心玻璃微珠的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710763425.1
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107352549B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張振;張學(xué)振;賓紅領(lǐng);張旭
• 申請（專利權(quán)）人: 張振
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C03C11/00;C03B19/10
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本發(fā)明涉及一種空心玻璃微珠的制備方法。該方法是以納米纖維素為皮克林乳液的乳化劑，在乳液的油相中加入了二氧化硅的前驅(qū)體，以皮克林乳液作為模板，通過二氧化硅的前驅(qū)體在酸性或堿性條件下發(fā)生溶膠凝膠反應(yīng)，從而制備空心玻璃微珠。此方法簡單便捷，粒徑可調(diào)，在室溫下即可進行，降低了空心玻璃微珠制備的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域，具體是一種空心玻璃微珠的制備方法。

背景技術(shù)

空心玻璃微珠是一種尺寸在微米級別的空心玻璃球體。通常粒徑在10～200微米之間，堆積密度為0.1～0.5g/cm³。由于獨特的組分構(gòu)成和結(jié)構(gòu)，空心玻璃微珠具有質(zhì)輕，導(dǎo)熱率低，隔音，分散性良好，絕緣性和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是新發(fā)展起來的一種用途廣泛、性能優(yōu)異的新材料。

空心玻璃微珠具有以下優(yōu)點：(1)顏色白，可以廣泛應(yīng)用于對外觀有要求的材料或制品；(2)密度小，由于玻璃微珠的空心結(jié)構(gòu)，其密度很小，是傳統(tǒng)填充材料密度的幾分之一，因此作為填充制品，可以大大減輕產(chǎn)品或制品的密度，替代或節(jié)省更多的基體材料，從而降低成本；(3)良好的分散性，空心玻璃微珠可分散在大多數(shù)樹脂中，比如聚酯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等；(4)流動性好，空心玻璃微珠是微米級的球體，在液體樹脂中要比片狀、針狀或不規(guī)則形狀的填充料具有更好的流動性，所以沖模性能優(yōu)異；(5)各向同性，空心玻璃微珠是各項同性的，因此不會產(chǎn)生因取向造成不同部位收縮率不一致的問題，保證了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定，不會翹曲；(6)隔熱、隔音和絕緣性能好，空心玻璃微珠內(nèi)部是空心的，因此具有隔音、隔熱和絕緣的特性，是各類隔音、保溫產(chǎn)品的優(yōu)異填充材料，其優(yōu)異隔熱特性用于保護產(chǎn)品經(jīng)受急熱和急冷條件直接交替變化而引起的應(yīng)力變化，其絕緣性可使其應(yīng)用于電纜絕緣材料等。

由于其優(yōu)異的性能，空心玻璃微球具有廣泛的應(yīng)用前景。可以應(yīng)用在以下幾大領(lǐng)域：(1)橡膠塑料制品，在橡膠制品方面，空心玻璃微珠作為填充劑，其填充量達40～80％，能將橡膠制品的強度提高，耐磨性增大，主要性能優(yōu)于其它填料；(2)復(fù)合泡沫塑料，將空心玻璃微珠加入到液體熱固樹脂中制成復(fù)合泡沫塑料，其密度低、強度高、隔熱效果好。(3)人造大理石，在人造大理石生產(chǎn)中填充適當?shù)目招牟Ａ⒅椋筛纳迫嗽齑罄硎y理布局及顏色的連續(xù)性，降低固化時間，改善沖擊強度，提高抗龜裂能力，降低破損率，同時改善機械加工性，減小后處理工具的磨損，且便于搬運及安裝；(4)膠粘劑和密封材料，空心玻璃微珠具有不燃性、隔熱性、電絕緣性和化學(xué)惰性，配制成微球膠粘劑或微球密封劑，可用于飛機艙內(nèi)地板或發(fā)動機艙防火墻的密封，或用作導(dǎo)彈、火箭等宇航系統(tǒng)的絕熱防燒蝕密封；(5)乳化炸藥，空心玻璃微珠的密度、粒徑、抗壓強度及化學(xué)組成可調(diào)整性，是其它乳化炸藥密度調(diào)節(jié)劑無法做到的，空心玻璃微珠能有效提高炸藥的可控度和爆轟性能，顯著提高炸藥的儲存期和儲存穩(wěn)定性；(6)涂料，高效的填充性，低吸油量，密度低，添加5％(重量百分比)能使成品增多25％～35％涂覆面積百分比，從而降低涂料的單位體積成本；(7)其他領(lǐng)域，空心玻璃微珠粉體密度較小，對其表面進行金屬化處理后，可以取代密度較大的金屬粉體用于電磁波吸收或電磁屏蔽材料的制備。

空心玻璃微珠國際市場需求量巨大。目前，常用的空心玻璃微珠的制備方法包括玻璃粉末法、噴射造粒法、液滴法和干燥凝膠法，但是這些方法往往步驟復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，粒徑可控性差，常需要高溫等條件，因此急需一種便捷的、低成本的、可控性能強的空心玻璃微球的制備方法。近年來，新穎的空心玻璃微珠制備方法也是層出不窮，但這些方法優(yōu)勢不是特別明顯，仍然無法取代現(xiàn)有的技術(shù)。

本發(fā)明利用納米纖維素作為Pickering(皮克林)乳液的乳化劑，以皮克林乳液作為模板，通過二氧化硅前驅(qū)體在室溫下的溶膠凝膠反應(yīng)制備空心玻璃微珠。制備的空心玻璃微珠具有粒徑可調(diào)，機械性能優(yōu)良，操作簡單，反應(yīng)條件溫和，成本低等顯著優(yōu)點。所述納米纖維素為納米以及微米級尺寸的纖維素，其直徑為1到100納米，其長度為5納米到100微米。作為新一代的納米材料，納米纖維素近年來引起了極大的關(guān)注。納米纖維素是從天然微晶纖維素中提取的納米材料，比如木漿、秸稈和棉花等(中國專利CN105419012 A，CN104762845 B)。