[发明专利]一种高强度空心玻璃微珠及其制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种空心玻璃微珠及其制备方法，具体涉及多元醇盐水解的溶胶凝胶法和沉淀法制备BaO-Al₂O₃-SiO₂-Li₂O-SO₃-CaO-P₂O₅-Na₂O-B₂O₃凝胶和二氧化硅纳米粉，搅拌混合均质后经雾化快速脱水干燥、玻璃化烧结而制备一种高强度空心玻璃微珠。

背景技术

空心玻璃微珠HGM(Hollow Glass Microsphere)是一种粒径为微米级、白色球形中空、内含惰性气体的轻型材料。它具有许多其他填料无法比拟的理化性质，具有熔点高、电阻率高、电绝缘性好、密度低、流动性好、收缩率小、稳定性强、隔热、隔音、耐高温、热传导系数和热收缩系数小等一系列特点，使它成为一种很好的填充和改性材料，使被填充产品的成本大大降低的同时，同时还赋予了被填充产品的多种功能，因此被广泛应用于航空航天、深海钻井、汽车、建筑、电绝缘材料、隔热、隔音以及军事特种材料等领域。目前市场上主要有两种产品，一种是煤粉在燃烧过程中产生的空心微珠，外表呈灰色，化学组成以二氧化硅和氧化铝为主，成分波动大、杂质量多、颜色深、抗压强度低、附加值低，应用领域狭窄；另一种是人造空心玻璃微珠，其生产方法主要有液滴法、粉末法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法、火焰法、碎玻璃高温煅烧法等，在众多的空心玻璃微珠制造专利技术中，已应用于工业化生产的目前主要是美国3M公司采用的固相玻璃粉末法和美国PQ公司采用的液相雾化法。我国高质量空心玻璃微珠的研制与生产仍处在实验室研究和小试阶段。

固相粉末法的主要技术路线是：将玻璃粉末与发泡剂混合均匀后经过高温处理，发泡剂分解放出气体使软化的玻璃粉末膨胀发泡，最终形成成品。其中最主要的能耗体现在生产玻璃粉末的过程中必须需要大于1200℃的高温，并且需要研磨粉碎，该工艺的主要流程可概括为：配料→高温膨胀。

液相雾化法的主要技术路线是：用硅酸钠水溶液或添加了硼酸及其盐类、锂离子等的硅酸钠水溶液为原料，经喷雾干燥获取强碱性低密度的空心玻璃微珠产品。该工艺技术突出的缺点是产品强度低、易吸水。该工艺的主要流程可概括为：配料→喷雾干燥。

溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。凝胶(Gel)是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。溶胶-凝胶法由于其较低的玻璃形成温度和产物组分的高度均匀性而被用于制备SiO₂基质玻璃。通常以无机盐或金属醇盐为原料，将它们溶入水或有机溶剂中形成均匀的溶液，继而进行水解和缩聚反应，得到稳定的溶胶，溶胶经蒸发、干燥转化成凝胶，

再经过热处理即可得到所需的材料。其最基本的反应是：

(1)水解反应：M(OR)_n+H₂O→M(OH)_x(OR)_n-x+xROH

(2)聚合反应：-M-OH+HO-M′-→-M-O-M′-+H₂O

-M-OR+HO-M′-→-M-O-M′-+ROH