CN102531556A - 一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法，所得微球主要应用于高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料等领域。本发明首先将无机氧化物原料、溶剂和粘合添加剂按重量比为75～95∶10～500∶5～25的比例混合均匀，然后泵入喷雾干燥机中进行喷雾造粒，制得所述空心无机氧化物微球的空心无机氧化物球形前驱体；然后将所得空心无机氧化物球形前驱体经高温瞬时烧结，得到抗压强度30～150Mpa的低密度的空心无机氧化物微球。本发明的制备方法得到的微球的球形度高、流动性好和粒径分布范围窄，而且制备方法简单，生产成本低。

Description

一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法，所得微球主要应用于高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料领域。

背景技术

无机氧化物空心微球是中空、内含气体的微小球形材料，它是一种独特而性能稳定的中空微粒，具有密度低，导热系数低，分散性、流动性、热稳定性好等优点。另外，无机氧化物空心微球还具有绝缘、自润滑、隔音隔热、不吸水、耐腐蚀、防辐射、无毒、无味等优异性能。由于上述独特的空心结构以及物理力学性能和其稳定的化学性质，无机氧化物空心微球作为非金属材料添加剂广泛应用于高温绝热涂层、油漆、改性橡胶、食品包装、石油工业等领域。目前生产工艺所制备的无机氧化物空心微球主要为空心玻璃微球，普遍存在虽然可以实现中空低密度(＜0.90g/cm³)但不能同时具备高抗压强度(＞50MPa)的不足。专利CN1123772A采用喷雾造粒工艺方法制备的空心玻璃微球虽然密度较低，但由于工艺所致微球表面分布微孔，因此存在抗压强度很低、破碎率高的不足；专利CN1990401A采用实心微球瞬间烧结实心球体材料实现中空结构的技术工艺，但该工艺存在球体中空度不均匀和中空度不高的突出问题，致使最终制备的空心微球虽然密度较低，但抗压强度同样难以达到大于50MPa的技术指标。

发明内容

本发明的目的是针对现有低密度空心材料普遍抗压强度较低的缺陷，提供一种抗压强度为30～150Mpa的低密度空心氧化物微球的制备方法，以及由该方法得到的抗压强度为30～150Mpa的低密度空心氧化物微球及该微球的用途。

本发明制备高抗压低密度的空心无机氧化物微球的主要原料为无机氧化物、溶剂和粘合添加剂，其重量比为75～95∶10～500∶5～25；所述的无机氧化物原料为氧化硅、氧化铝或氧化锆；所述的溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇所组成的组中的至少一种；所述的粘合添加剂为有机粘合添加剂、无机粘合添加剂或它们的混合物；所述的有机粘合添加剂选自聚乙烯醇(PVA)、聚氨酯环氧树脂、651聚酰胺树脂、双酚A环氧树脂、过氯乙烯环氧胶粘剂、改性酚醛树脂和SY-101胶所组成的组中的至少一种；所述的无机粘合剂选自磷酸硼、含铬磷酸铝、水硅酸和硅酸钠所组成的组中的至少一种。

本发明的高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法包括以下步骤：

(1)高抗压低密度的空心无机氧化物微球前驱体的制备：

以无机氧化物原料的重量为基准，首先将无机氧化物原料、溶剂和粘合添加剂按重量比为75～95∶10～500∶5～25的比例混合均匀，然后泵入喷雾干燥机中进行喷雾造粒，制得所述空心无机氧化物微球的空心无机氧化物球形前驱体；所述的无机氧化物原料为氧化硅、氧化铝或氧化锆；

(2)高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备：

将步骤(1)制备得到的空心无机氧化物球形前驱体经烧结，得到所述的高抗压低密度的空心无机氧化物微球；其是空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球。

所述的空心无机氧化物球形前驱体的粒径为10～100μm，该空心无机氧化物球形前驱体的表面分布微孔、抗压强度较低；空心无机氧化物球形前驱体在温度为3000～10000℃的高温条件下进行瞬时烧结，空心无机氧化物球形前驱体表面的微孔迅速闭合、抗压强度大幅度增强、中空度迅速提高。

本发明的制备方法得到的高抗压低密度的空心无机氧化物微球(空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球)的抗压强度大于30Mpa(优选抗压强度范围为30～150Mpa)、真实密度低(空心氧化硅微球的密度小于1.0g/cm³，空心氧化铝微球的密度小于2.0g/cm³，空心氧化锆微球的密度小于4.0g/cm³)、球形度高、流动性好和粒径分布范围窄，而且制备方法简单，生产成本低。

本发明方法制备得到的高抗压低密度的空心无机氧化物微球，可以作为制备高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料等的原料；进一步抗压强度范围为30～150Mpa，密度小于1.0g/cm³的空心氧化硅微球、密度小于2.0g/cm³的空心氧化铝微球或密度小于4.0g/cm³的空心氧化锆微球可作为制备高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料等的原料。

具体实施方式

实施例1

(1)先将95kg的二氧化硅、5kg过氯乙烯环氧胶粘剂配好后，用500kg乙醇打成浆料，通过循环泵将浆料打入喷雾造粒机中喷雾造粒得到二氧化硅空心微球前驱体，二氧化硅空心微球前驱体的粒径为10～75μm，微球表面有微孔，抗压强度低；

(2)将步骤(1)制备得到的二氧化硅空心微球前驱体在高温烧结炉中经3000℃高温瞬时烧结，二氧化硅空心微球前驱体表面的微孔迅速闭合，制得二氧化硅空心微球，其性能指标见表1。

实施例2

(1)先将80kg的二氧化锆、5kg水硅酸均匀混合后，用10kg水打成浆料，通过循环泵将浆料打入喷雾造粒机中喷雾造粒得到二氧化锆空心微球前驱体，二氧化锆空心微球前驱体的粒径为10～95μm，微球表面有微孔，抗压强度较低；

(2)将步骤(1)制备得到的二氧化锆空心微球前驱体在高温烧结炉中经10000℃高温瞬时烧结，二氧化锆空心微球前驱体表面的微孔迅速闭合，制得二氧化锆空心微球，其性能指标见表1。

实施例3

(1)先将75kg的氧化铝、5kg聚氨酯环氧树脂混合好后，用10kg异丙醇打成浆料，通过循环泵将浆料打入喷雾造粒机中喷雾造粒得到氧化铝空心微球前驱体，氧化铝空心微球前驱体的基本形貌是30～100μm的空心圆球，微球表面有微孔，抗压强度较低；

(2)将步骤(1)制备得到的氧化铝空心微球前驱体在高温烧结炉中经8500℃高温瞬时烧结，氧化铝空心微球前驱体表面的微孔迅速闭合，制得三氧化二铝空心微球，其性能指标见表1。

表1实施例1～3制得的高抗压低密度空心无机氧化物微球的性能指标

备注：d₅₀代表是制得粉体材料的粒度中值，是对应一个点，而不是一个范围

上述实施例1～3制得的高抗压低密度空心无机氧化物微球都可以作为制备高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料的原料。

Claims (10)

1.一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

(1)高抗压低密度的空心无机氧化物微球前驱体的制备：

以无机氧化物原料的重量为基准，首先将无机氧化物原料、溶剂和粘合添加剂按重量比为75～95∶10～500∶5～25的比例混合均匀，然后泵入喷雾干燥机中进行喷雾造粒，制得所述空心无机氧化物微球的空心无机氧化物球形前驱体；所述的无机氧化物原料为氧化硅、氧化铝或氧化锆；

(2)高抗压低密度的空心无机氧化物微球的制备：

将步骤(1)制备得到的空心无机氧化物球形前驱体经烧结，得到空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的烧结是在温度为3000～10000℃的高温条件下进行瞬时烧结。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的空心无机氧化物球形前驱体的粒径为10～100μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇所组成的组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的粘合添加剂为有机粘合添加剂、无机粘合添加剂或它们的混合物。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述的有机粘合添加剂选自聚乙烯醇、聚氨酯环氧树脂、651聚酰胺树脂、双酚A环氧树脂、过氯乙烯环氧胶粘剂、改性酚醛树脂和SY-101胶所组成的组中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述的无机粘合剂选自磷酸硼、含铬磷酸铝、水硅酸和硅酸钠所组成的组中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球的抗压强度都为30～150Mpa；且空心氧化硅微球的密度小于1.0g/cm³，空心氧化铝微球的密度小于2.0g/cm³，空心氧化锆微球的密度小于4.0g/cm³。

9.一种高抗压低密度的空心无机氧化物微球，其特征是：所述的高抗压低密度的空心无机氧化物微球是由权利要求1～7任意一项所述的方法制备得到，其是空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球，其中所述的空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球的抗压强度都为30～150Mpa；且空心氧化硅微球的密度小于1.0g/cm³，空心氧化铝微球的密度小于2.0g/cm³，空心氧化锆微球的密度小于4.0g/cm³。

10.一种根据权利要求9所述的高抗压低密度的空心无机氧化物微球的用途，其特征是：所述的空心氧化硅微球、空心氧化铝微球或空心氧化锆微球作为制备高温绝热涂料、油漆、改性橡胶、食品包装材料的原料。