CN103803952A - 一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度铝锆空心微球的制备方法，包括下述步骤：a）制备油包水型铝锆微球乳液；b）将微球乳液通过喷雾干燥设备，快速脱水形成铝锆多孔空心微球；c）收集干燥的空心微球粉进行两次复烧，最终得到致密的高强度铝锆空心微球。所述空心微球，密度0.4~0.8g/cm3，抗压强度≥35MPa，粒径大小0.1~50μm，壁厚20~30nm。其作为轻质填料可应用于涂料、油墨、塑料、橡胶以及石油化工、汽车船舶等领域。

Description

一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法
技术领域
本发明属于微球材料技术领域，具体涉及一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法。
背景技术
空心陶瓷微球是一种中空微小球形材料。它是一种性能独特而稳定的中空颗粒，由于其具有质轻、低导热、耐磨、高分散、良好的电绝缘性和热稳定性等特点，被广泛的应用于石油固井、汽车底板、乳化炸药、高档防火涂料、保温耐火材料、建筑外墙保温节能、高档绝缘材料等领域。此外在电子工业轻质封装材料、吸波材料、深水浮力材料、轻质高强混凝土等方面也有潜在用途。与传统的空心玻璃微珠相比，空心陶瓷微珠抗压强度更高，可以达到前者的数倍。复合陶瓷空心微球通过对原有单一组成的微球表面进行掺杂改性，增大组分间的接触面积，有利于减少粒子间的结块和团聚，提高微球的抗压强度。
目前市场上的复合陶瓷空心微球，主要是利用煤粉在燃烧过程中产生的空心陶瓷微球，经过风选或磁选得到，由于其主要成分是氧化硅和氧化铝，杂质含量过多，成分波动大，抗压强度低。
专利CN 101499348A公开了一种中空二氧化硅/磁性复合微球及其制备方法，该复合空心微球采用在带磺酸基团的中空二氧化硅微球表面包埋一层磁性颗粒而获得，其缺点是工艺较为复杂，无法大规模生产应用。专利CN 101905153A公开了ZnO掺杂TiO2复合空心球的制备方法及其应用，该复合空心微球采用模板法-水解包覆法制备ZnO掺杂TiO2复合空心球，此方法的缺点为成球率少，包裹不完全，抗压强度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法，和传统制备复合空心微球的方法相比，该方法工艺简单，成品率高，有利于大规模生产。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
1、一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a）制备油包水型铝锆微球乳液，乳液中包含的铝盐为乳液总质量的5%~10%、锆盐为乳液总质量的5%~10%、有机溶剂为乳液总质量的10%~25%、表面活性剂为乳液总质量0.1%~0.5%、余量为水；
先将铝盐、锆盐溶于水溶液中，混合搅拌均匀后，然后添加有机溶剂及表面活性剂，在转速为1000~20000rpm条件下进行搅拌，搅拌时间5~30分钟，形成油包水型铝锆微球乳液；搅拌方式优选磁力搅拌方式，其它方式如机械搅拌也可。搅拌速度可以控制生成油包水型液滴的粒径大小，搅拌速度越快，搅拌时间越长，得到的油包水型液滴越小。
b）将油包水型铝锆微球乳液通过喷雾干燥设备中进行干燥，喷雾干燥的温度为200~450℃，其主要目的是脱出油包水型液滴外表面附着的水分和液滴内部包裹的水分，快速脱水形成铝锆多孔空心微球；
c）收集干燥的铝锆多孔空心微球粉进行烧结，最终得到致密的高强度轻质铝锆空心微球。
所述有机溶剂为辛烷、葵烷、煤油中的一种，有机溶剂的加入有利于油包水型微球乳液的形成；
表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基硫酸钠中的一种；
所述的铝盐为硝酸铝、硫酸铝中的一种，锆盐为硝酸锆、硫酸锆中的一种。上述金属盐溶液的混合溶液在乳液中形成一种均相体系，易均匀吸附在油包水型液滴的外表面，在高温下分解形成致密氧化物外壳。
铝锆多孔空心微球粉的烧结采用两次复烧，第一次烧结升温速率为10℃/min，升温至600℃，保温2小时；然后进行第二次复烧，升温速率为5℃/min，升温至1200℃，保温2小时。两次复烧第一次快速烧结有利于微球表面有机物的分解，第二次慢速烧结，去除微球表面微孔结构，形成致密的空心氧化物微球结构。
采用本发明的制备方法所得的铝锆空心微球其粒度集中在0.1~50μm，壁厚20~30nm，密度0.4~0.8g/cm3，抗压强度≥35MPa。对空心陶瓷微珠强度和密度要求比较高的如航天航空抗压轻质胶粘剂、低密度烧蚀材料以及石油钻井等行业，提供了高品质的产品。
附图说明
图1是本发明的制备的空心铝锆微球的电镜照片
图2为选取有破裂的微球，表明其为空心。
具体实施方式
实施例一
1、称取硫酸铝5g，硫酸锆5g， 溶解于78g水溶液中，混合搅拌均匀后，添加10g辛烷，0.1g十二烷基硫酸钠，在转速为20000rpm，磁力搅拌5分钟下，形成油包水型铝锆微球乳液。把乳液通过喷雾干燥设备，喷雾干燥温度为200℃，得到铝锆多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高温炉中两次烧结，第一次烧结升温速率为10℃/min，升温至600℃，保温2小时，降温后进行第二次复烧，升温速率为5℃/min，升温至1200℃，保温2小时。最终得到的铝锆空心微球粒径集中在0.1~50μm，壁厚20~30nm，密度0.4 g/cm3，按体积计算压碎占体积5%铝锆空心微球压碎强度为35MPa。
实施例二
2、称取硫酸铝8g，硫酸锆8g， 溶解于69g水溶液中，混合搅拌均匀后，添加14g葵烷，0.3g十二烷基硫酸钠，在转速为10000rpm，磁力搅拌15分钟下，形成油包水型铝锆微球乳液。把乳液通过喷雾干燥设备，喷雾干燥温度为300℃，得到铝锆多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高温炉中两次烧结，第一次烧结升温速率为10℃/min，升温至600℃，保温2小时，降温后进行第二次复烧，升温速率为5℃/min，升温至1200℃，保温2小时。最终得到的铝锆空心微球粒径集中在0.1~50μm，壁厚20~30nm，密度0.6 g/cm3，按体积计算压碎占体积5%铝锆空心微球压碎强度为45MPa。
实施例三
3、称取硫酸铝10g，硫酸锆10g， 溶解于55g水溶液中，混合搅拌均匀后，添加25g煤油，0.5g十二烷基苯磺酸钠，在转速为1000rpm，磁力搅拌30分钟下，形成油包水型铝锆微球乳液。把乳液通过喷雾干燥设备，喷雾干燥温度为200℃，得到铝锆多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高温炉中两次烧结，第一次烧结升温速率为10℃/min，升温至600℃，保温2小时，降温后进行第二次复烧，升温速率为5℃/min，升温至1200℃，保温2小时。最终得到的铝锆空心微球粒径集中在0.1~50μm，壁厚20~30nm，密度0.4 g/cm3，按体积计算压碎占体积5%铝锆空心微球压碎强度为55MPa。

Claims (3)

1.一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a）制备油包水型铝锆微球乳液，乳液中包含铝盐为乳液总质量的5%~10%、锆盐为乳液总质量的5%~10%、有机溶剂为乳液总质量的10%~25%、表面活性剂为乳液总质量0.1%~0.5%、余量为水；
先将铝盐、锆盐溶于水溶液中，混合搅拌均匀后，然后添加有机溶剂及表面活性剂，在转速为1000~20000rpm条件下进行搅拌，搅拌时间5~30分钟，形成油包水型铝锆微球乳液；
b）将油包水型铝锆微球乳液通过喷雾干燥设备中进行干燥，喷雾干燥的温度为200~450℃，快速脱水形成铝锆多孔空心微球；
c）收集干燥的铝锆多孔空心微球粉进行烧结，最终得到致密的高强度轻质铝锆空心微球。
2.根据权利要求1所述的一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为辛烷、葵烷、煤油中的一种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基硫酸钠中的一种；所述的铝盐为硝酸铝、硫酸铝中的一种，锆盐为硝酸锆、硫酸锆中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度轻质铝锆空心微球的制备方法，其特征在于：铝锆空心微球粉的烧结采用两次复烧，第一次烧结升温速率为10℃/min，升温至600℃，保温2小时；然后进行第二次复烧，升温速率为5℃/min，升温至1200℃，保温2小时。
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