CN108727058A - 一种有机硅改性中空陶瓷微珠及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种有机硅改性中空陶瓷微珠，包括以下原料：复配瓷化粉、脱碳剂、偶联剂、乙烯基硅橡胶、玄武石、导热填料；所述复配瓷化粉由低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉组成；所述脱碳剂由复配硼系物与氯铂酸组成，所述复配硼系物由硼酸、硼酸盐中的至少2种组成；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、石墨中的一种或几种。本发明制备的改性中空陶瓷微珠能保护陶瓷微珠在混合过程中不会因为相互碰撞造成大量破碎，降低其生产成本，具有广阔应用前景。

Description

一种有机硅改性中空陶瓷微珠及其制备和应用
技术领域
本发明涉及建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种改性中空陶瓷微珠。
背景技术
空心微珠是20世纪70年代发展起来的一种新型材料，具有颗粒微细、中空、质轻、耐高温、防辐射、耐腐蚀、耐火防水和化学性能稳定等一系列优点，在很多领域都发挥着重要作用。空心微珠性能优越，应用广泛，国内外都进行了大量制备与应用研究。当前已制备出了多种类型的空心微珠，其制备虽具有一定的特点与优势，但都存在专门生产设备昂贵，工艺复杂，成本较高，不宜推广的缺陷，因而限制了空心微珠的发展与应用。
传统离心分散方式，分散桨容易与微珠产生正面碰撞，造成陶瓷微珠大量破损而失去绝热功能。陶瓷微珠一般在火灾环境中不会产生破碎的问题，但作为填料掺入柔性饰面砖中，由于面砖固化过程体积快速收缩的原因，微珠容易受四周拉力而破损。柔性面砖内部的体积收缩主要是有机相遇火焰或高温迅速烧蚀而产生体积变化。因此，亟需寻找一种能够避免大量使用过程中破损、成本低廉、已推广的陶瓷微珠。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种有机硅改性中空陶瓷微珠及其制备方法和应用。通过表面改性的技术降低陶瓷微珠的表面的界面能，保护陶瓷微珠在混合过程中不会因为相互碰撞造成大量破碎，大大增强陶瓷微珠的稳定性，降低生产成本，易于广泛应用。
本发明提供一种有机硅改性中空陶瓷微珠，包括以下重量份的原料：复配瓷化粉40-70份、脱碳剂10-15份、偶联剂5-15份、乙烯基硅橡胶20-40份、玄武石5-10份、导热填料10-30份；所述复配瓷化粉由低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉组成，所述低温瓷化粉选自低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种，中温瓷化粉选自蒙脱土、云母粉、硅藻土、氧化石墨中的一种或几种，高温瓷化粉选自氧化金属、高岭土中的一种或几种；所述脱碳剂由复配硼系物与氯铂酸组成，所述复配硼系物由硼酸、硼酸盐中的至少2种组成；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅、过氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种；所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、石墨中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，包括以下重量份的原料：复配瓷化粉50-60份、脱碳剂11-14份、硅烷偶联剂7-10份、乙烯基硅橡胶25-35份、玄武石7-8份、导热填料12-25份。
作为本发明进一步的改进，复配瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：(3-10)：(7-15)。
作为本发明进一步的改进，复配瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1:5:12。
作为本发明进一步的改进，中空陶瓷微珠的直径在100-150μm。
本发明进一步保护一种上述有机硅改性中空陶瓷微珠的制备方法，按照以下步骤进行：取复配瓷化粉、玄武石、导热填料加入一定量有机溶剂，球磨、造粒，制成100-150μm的团聚粉，有机溶剂挥发，马弗炉1200℃高温瓷化，冷却至室温，生成陶瓷微珠球，加入乙烯基硅橡胶和偶联剂，搅拌，70-110℃反应5-7h，加入脱碳剂，马弗炉400℃高温脱碳，即得。
作为本发明进一步的改进，有机溶剂为乙腈、乙醇、丙酮、乙醚、吡啶、二氯甲烷和四氢呋喃中的一种或几种。
本发明进一步保护一种上述有机硅改性中空陶瓷微珠在建筑保温材料中的应用。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过表面改性的技术降低陶瓷微珠的表面的界面能，并通过弹性有机相对其进行表面进行改性，提高其与有机相的相容性，避免其对可瓷化柔性面砖强度等机械性能的影响，保护陶瓷微珠在混合过程中不会因为相互碰撞造成大量破碎；
2、本发明在分散方式上，采用无分散桨的离心分散方式降低微珠的破损率，提高柔性饰面砖的瓷化绝热性能；
3、本项目在体系中掺入合适的脱碳剂降低有机相的烧失量，降低瓷化过程中体系的收缩率等多种措施解决陶瓷微珠瓷化破碎问题。
附图说明
图1为有机硅改性中空陶瓷微珠的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1有机硅改性中空陶瓷微珠的制备
原料组成：
复配瓷化粉40份(低温玻璃粉4份、蒙脱土6份、云母粉6份、高岭土28份)、脱碳剂(硼酸、硼酸钠和氯铂酸)10份、异丁基三乙氧基硅5份、乙烯基硅橡胶20份、玄武石5份、氧化镁5份、氧化锌5份；
制备方法：
取复配瓷化粉、玄武石、氧化镁、氧化锌加入一定量乙腈，球磨、造粒，制成100-150μm的团聚粉，乙腈挥发，马弗炉1200℃高温瓷化，冷却至室温，生成陶瓷微珠球，加入乙烯基硅橡胶和异丁基三乙氧基硅，搅拌，70℃反应5h，加入脱碳剂，马弗炉400℃高温脱碳，即得有机硅改性中空陶瓷微珠，得率72％。
实施例2有机硅改性中空陶瓷微珠的制备
原料组成：
复配瓷化粉70份(氢氧化铝3份、蒙脱土30份、氧化铝37份)、脱碳剂(硼酸、硼酸钠和氯铂酸)15份、过氧基硅烷15份、乙烯基硅橡胶40份、玄武石10份、氮化铝30份；
制备方法：
取复配瓷化粉、玄武石、氮化铝加入一定量吡啶，球磨、造粒，制成100-150μm的团聚粉，吡啶挥发，马弗炉1200℃高温瓷化，冷却至室温，生成陶瓷微珠球，加入乙烯基硅橡胶和过氧基硅烷，搅拌，110℃反应7h，加入脱碳剂，马弗炉400℃高温脱碳，即得有机硅改性中空陶瓷微珠，得率85％。
实施例3有机硅改性中空陶瓷微珠的制备
原料组成：
复配瓷化粉52份(氢氧化镁2份、云母粉20份、氧化镁10份、氧化铝20份)、脱碳剂(硼酸、硼酸钠和氯铂酸)13份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷7份、乙烯基硅橡胶30份、玄武石7份、碳化硅20份；
制备方法：
取复配瓷化粉、玄武石、碳化硅加入一定量有机溶剂，球磨、造粒，制成100-150μm的团聚粉，有机溶剂挥发，马弗炉1200℃高温瓷化，冷却至室温，生成陶瓷微珠球，加入乙烯基硅橡胶和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，搅拌，90℃反应6h，加入脱碳剂，马弗炉400℃高温脱碳，即得有机硅改性中空陶瓷微珠，得率95％。
对照例1按照ZL 201710048636.7“制作氮化硅陶瓷微珠的生产工艺”制备陶瓷微珠
1)陶瓷原料的制备：将陶瓷原料过120目筛后，按照比例配成浆料混合均匀，置于砂磨机中球磨7h，经过喷雾造粒干燥后过筛；其中，所述的陶瓷原料按照质量百分比，由如下组分组成：
β-Si3N4 70％
AL2O3 12％
Y2O3 5％
TiN 8％
粘合剂PVA 5％。
2)注浆滚动成型：采用“行星式”旋转装置，在同一个转盘中将粘合剂PVA注入陶瓷原料，利用粘合剂PVA在陶瓷原料中成球并固化，直接成型致密的粒径在0.-3mm的坯珠。
3)冷等静压：在200兆帕压力下，对填入海绵中的坯珠进行冷等静压，时间2分钟；
4)脱胶工序：将冷等静压后的坯珠置于脱胶炉中，升温至1200℃时逐渐降温至室温，其中在450℃—1100℃之间保温1小时，12小时可以完成脱胶工序。
5)烧结：氮气气氛中，将所得坯珠置于坩埚中，以15℃/min的升温速度至1750℃，其中在1500℃—1750℃保温2小时，停止加热，冷却至室温，生产陶瓷微珠坯球；其中氮气流速为2L/min；
6)研磨抛光：将所得陶瓷微珠坯球进行研磨和抛光生产陶瓷微珠，陶瓷微珠的球度不超过0.08微米，表面粗糙度不超过0.008微米，方法如下：
a.粗磨：载荷压力3N/珠，所用粗磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为20um，金刚石颗粒圆度为0.2；
b.精磨：载荷压力0.5N/珠，所用精磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为1um，金刚石颗粒圆度为0.6；
c.抛光磨：载荷压力0.1N/珠，所用抛光磨研磨剂中，金刚石颗粒的粒度为0.01um，金刚石颗粒圆度为0.70。所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂与研磨基质的质量比例都为1：1，所述研磨基质为水。所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂按质量百分比组成都为：
金刚石颗粒25％
分散剂70％
氧化铈0.5％
三聚磷酸钠0.5％
硅酸钠0.5％
十二烷基磺酸钠0.5％
三氧化二铬3％；
所述的分散剂为柠檬酸铵。
测试例1综合性能测试
结果见表1.
由上表可知，本发明制备的陶瓷微珠相较于对照例制备的陶瓷微珠，气孔率低，孔径分布均匀，抗压强度高，损耗角正切值较大，具备相对较好的强度，不易破损，阻尼性能较佳。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (8)

1.一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，包括以下重量份的原料：复配瓷化粉40-70份、脱碳剂10-15份、偶联剂5-15份、乙烯基硅橡胶20-40份、玄武石5-10份、导热填料10-30份；所述复配瓷化粉由低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉组成，所述低温瓷化粉选自低温玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种，中温瓷化粉选自蒙脱土、云母粉、硅藻土、氧化石墨中的一种或几种，高温瓷化粉选自氧化金属、高岭土中的一种或几种；所述脱碳剂由复配硼系物与氯铂酸组成，所述复配硼系物由硼酸、硼酸盐中的至少2种组成；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅、过氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种；所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、石墨中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，包括以下重量份的原料：复配瓷化粉50-60份、脱碳剂11-14份、硅烷偶联剂7-10份、乙烯基硅橡胶25-35份、玄武石7-8份、导热填料12-25份。
3.根据权利要求1所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，所述复配瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1：(3-10)：(7-15)。
4.根据权利要求3所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，所述复配瓷化粉中低温瓷化粉、中温瓷化粉、高温瓷化粉的重量比例为1:5:12。
5.根据权利要求1所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，所述中空陶瓷微珠的直径在100-150μm。
6.一种根据权利要求1所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：取复配瓷化粉、玄武石、导热填料加入一定量有机溶剂，球磨、造粒，制成100-150μm的团聚粉，有机溶剂挥发，马弗炉1200℃高温瓷化，冷却至室温，生成陶瓷微珠球，加入乙烯基硅橡胶和偶联剂，搅拌，70-110℃反应5-7h，加入脱碳剂，马弗炉400℃高温脱碳，即得。
7.根据权利要求5所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠，其特征在于，所述有机溶剂为乙腈、乙醇、丙酮、乙醚、吡啶、二氯甲烷和四氢呋喃中的一种或几种。
8.一种根据上述任一权利要求所述一种有机硅改性中空陶瓷微珠在建筑保温材料中的应用。
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