CN105271782A - 一种空心玻璃微珠及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心玻璃微珠及其制备方法，其特征是，按质量百分比计，所述空心玻璃微珠的化学组成如下：SiO₂45％-70％，Al₂O₃15％-20％，Na₂O5％-10％，K₂O5％-10％，Li₂O0.5％-5％，CaO0.5％-1％，MgO0.5％-1％，S0.01％-0.2％，Fe₂O₃1％-2％，NaNO₂0.5％-2％，ZrO₂0.02％-0.05％，TiO₂0.02％-0.05％；所述的空心玻璃微珠，密度为0.1-0.5g/cm³，抗压强度可达到90-150MPa，粒径在2-70μm之间。本发明的空心玻璃微珠具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高、流动性好的特点，不易破碎，可广泛应用于塑料橡胶、油漆涂料、钻井液、海洋化学、海洋工程、海洋设备及船舶制造的核心材料原料，用于深海石油钻探、船舶轻质芯材、深海输油管道以及深潜器的生产制造当中。

Description

一种空心玻璃微珠及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机填料，尤其涉及一种空心玻璃微珠及其制备方法。

背景技术

空心玻璃微珠是一种经过特殊加工处理的玻璃微珠，其主要特点是密度较玻璃微珠更小，导热性更差。它是上个世纪五六十年代发展起来的一种微米级新型轻质材料，其主要成分是硼硅酸盐，一般粒度为10-250μm，壁厚为1-2μm，空心玻璃微珠具有抗压强度高、熔点高、电阻率高、热导系数和热收缩系数小等特点，它被誉为21世纪的“空间时代材料”。空心玻璃微珠具有明显的减轻重量和隔音保温效果，使制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能，被广泛地使用在玻璃钢、人造大理石、人造玛瑙等复合材料以及石油工业、航空航天、新型高速列车、汽车轮船、隔热涂料、海洋化学等领域，有力地促进了我国科技事业的发展。

但是，随着空心玻璃微珠的应用领域不断开拓，对其性能的要求越来越高，首当其冲的就是抗压强度性能，一般的空心玻璃微珠容易在运输、生产过程中破碎，破碎掉的空心玻璃微珠的作用就如同普通的滑石粉石英砂调料一样，很多国内生产的空心玻璃微珠抗压只能达到2-3MPa。因此急需要一种抗压强度高、粒径小的空心玻璃微珠。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种抗压强度高、粒径小的空心玻璃微珠。

本发明采用的技术方案是：一种空心玻璃微珠，按质量百分比计，所述空心玻璃微珠的化学组成如下：SiO₂45％-70％，Al₂O₃15％-20％，Na₂O5％-10％，K₂O5％-10％，Li₂O0.5％-5％，CaO0.5％-1％，MgO0.5％-1％，S0.01％-0.2％，Fe₂O₃1％-2％，NaNO₂0.5％-2％，ZrO₂0.02％-0.05％，TiO₂0.02％-0.05％；所述的空心玻璃微珠为圆形空心结构，密度为0.1-0.5g/cm3，抗压强度可达到90-150MPa，粒径在2-70μm之间。

优选的，按质量百分比计，所述空心玻璃微珠的化学组成如下：SiO₂52％，Al₂O₃20％，Na₂O10％，K₂O10％，Li₂O1％，CaO1％，MgO1％，S0.2％，Fe₂O₃1％，NaNO₂1.7％，ZrO₂0.05％，TiO₂0.05％。

本发明还提供了上述空心玻璃微珠的制备方法，包括：

按质量百分比计，原料配比如下：

石英砂45％-75％

氧化铝5％-10％

纯碱15％-22％

碳酸钙2％-7％

长石1％-3％

芒硝2％-4％

碳酸钾1％-3％

碳酸锂1％-3％

氧化铁1％-3％

工业盐5％-10％

氧化锆1％-3％

氧化钛1％-3％

将配好的原料破碎混合后在600-700℃烘干0.5小时，经球磨机粉磨成0.7-0.8mm的颗粒，膨化之后投入到电熔坩埚中熔制，熔制温度为1300-1400℃，使用天然气烧制2-3小时，然后将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集空心玻璃微珠。

SiO₂作为空心玻璃微珠的主要成分，通常质量百分比为60％-75％，在现有技术的认识中通常认为SiO₂含量过低会影响其强度，但本发明开创性的将SiO₂的质量百分比降至52％，同时提高Al₂O₃的含量，能很好地提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、强度及硬度。

本发明中创造性地同时加入了Na₂O、K₂O、Li₂O三种碱金属氧化物，产生了“多碱效应”，大幅度提升了空心玻璃微珠的耐碱性和强度。而CaO、MgO的加入则提高了玻璃的机械强度、硬度和化学稳定性。NaNO₂的加入大大降低了玻璃熔化温度及玻璃粘度，不仅能提高空心玻璃微珠的产量，还能提高其折射率。

S作为形成空心玻璃微珠发泡剂，是制备空心玻璃微珠的关键成分，本发明创造性的将S的含量降至0.2％以降低S的使用对于环境的影响，但并不影响其膨胀率及空心玻璃微珠的密度、壁厚。

本发明还加入了ZrO₂、TiO₂，并确定了其最佳使用量，既不会改变空心玻璃微珠的折射率又能提高其化学稳定性、热稳定性及抗压能力。

本发明的有益效果：

本发明的空心玻璃微珠通过选择合适的成分，充分利用了各组分的协同作用，相对于现有技术中的空心玻璃微珠，本发明的空心玻璃微珠密度为0.1-0.5g/cm³，抗压强度最高可达到150MPa，粒径在2-70μm之间，可应用于高温、高压领域，如水下1000m-5000m深度，本发明的空心玻璃微珠用于海洋钻井液能够很好地控制其滤失率，可广泛用于海洋化学领域。

具体实施方式

实施例1：

按质量百分比计，原料配比如下：

石英砂55％

氧化铝10％

纯碱15％

碳酸钙2％

长石3％

芒硝2％

碳酸钾1％

碳酸锂1％

氧化铁1％

工业盐5％

氧化锆2％

氧化钛3％

将配好的原料破碎混合后在600-700℃烘干0.5小时，经球磨机粉磨成0.7-0.8mm的颗粒，膨化之后投入到电熔坩埚中熔制，熔制温度为1300℃，使用天然气烧制2小时，然后将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集空心玻璃微珠。空心玻璃微珠粒径基本集中在2-40μm之间，漂浮率为99.5％，密度为0.1g/cm³，为圆形空心结构，经过分析其化学组成按重量百分比计算为，SiO₂52％，Al₂O₃20％，Na₂O10％，K₂O10％，Li₂O1％，CaO1％，MgO1％，S0.2％，Fe₂O₃1％，NaNO₂1.7％，ZrO₂0.05％，TiO₂0.05％。经静水力学压力测试，空心玻璃微珠可受压135MPa。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种空心玻璃微珠，其特征在于：按质量百分比计，所述空心玻璃微珠的化学组成如下：

所述的空心玻璃微珠为圆形空心结构，密度为0.1-0.5g/cm³，抗压强度可达到90-150MPa，粒径在2-70μm之间。

2.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠，其特征在于：按质量百分比计，所述空心玻璃微珠的化学组成如下：SiO₂52％，Al₂O₃20％，Na₂O10％，K₂O10％，Li₂O1％，CaO1％，MgO1％，S0.2％，Fe₂O₃1％，NaNO₂1.7％，ZrO₂0.05％，TiO₂0.05％。

3.制备权利要求1或2任一项所述的空心玻璃微珠的方法，其特征在于：按质量百分比计，原料配比如下：

石英砂45％-75％

氧化铝5％-10％

纯碱15％-22％

碳酸钙2％-7％

长石1％-3％

芒硝2％-4％

碳酸钾1％-3％

碳酸锂1％-3％

氧化铁1％-3％

工业盐5％-10％

氧化锆1％-3％

氧化钛1％-3％

将配好的原料破碎混合后在600-700℃烘干0.5小时，经球磨机粉磨成0.7-0.8mm的颗粒，膨化之后投入到电熔坩埚中熔制，熔制温度为1300-1400℃，使用天然气烧制2-3小时，然后将熔制好的玻璃液冷却，经过收集器收集后，通过漂浮在水面上收集空心玻璃微珠。