[发明专利]基于磷酸铝的微球

说明书

该申请要求之前于2005年6月27日提交的临时申请第60/694166号的优先权，其全部内容通过参考结合于此。

背景

微球是粒度为1-1000微米的实心或空心颗粒。空心颗粒的壁厚约为几百微米至0.025微米以下。微球优选为球形，但是更通常为略卵圆形或蛋形，在几何学上可以适当地描述为等轴的。微球材料通常发现是具有取决于球外径和内径的强密度的干燥粉末。空心微球的真实密度小于相同组成的实心材料的密度。空心微球的密度是母体材料(parent bulk material)密度的95％至小于1％(低至0.025克/厘米³或更小)。球形形状是这些材料区别于其它材料的独特特征。球形是任何几何形式中单位比表面积(specific unit surface area)最小的形状，并且具有高的可实现堆积密度。作为体相形式，微球的行为类似于流体，半弹性地变形而对施加的应力没有抵抗能力，可以象球珠一样相互翻滚，而没有粗糙表面或无分支缠绕。当以普通的装载量作为浆料或油漆分散时，所述微球扩展了体积，提高了分散介质的干燥性和粘合性，对其原始粘度的影响最小化。材料设计工程师和本领域其它技术人员常使用微球增加涂料溶液的固体含量，同时能够保持合适的涂料施涂和流动性质。在各种应用中较高的固体负载能够减少油漆中挥发性有机化合物的浓度(VOC)、收缩和干燥时间。微球对于给定重量换算出的大体积是许多应用中重要的性质。因为空心球在加入到油漆或涂料制剂中时，往往会减小材料的密度。低密度涂料或油漆制剂的雾化效果更好，在辊涂时飞溅损失较小，在施涂时出现下垂的可能性也减小，因为微球的重量轻，所以加入微球可以明显增加批料的体积，减少制剂成本。

因为微球是闭合的、气体填充或空心的颗粒，所以它们是非常良好的绝缘体。通过加入微球可以提高涂料或基材的绝热和隔音性质。陶瓷微球的绝热性与它们的热导率和辐射性直接相关。辐射的作用随着温度的升高而增加，在约700℃以上成为绝热效果的重要影响因素。空心球的导热性取决于壳材料和球内部的低导热性气体。通常，壁材料和内部气体(或真空)的导热性越低，壳的导热效果越差。绝热性质还可以用薄壁空心颗粒对热辐射的发射性和散射性之类的特殊性质来说明。绝热应用中使用的玻璃或聚合物空心球需要高发射性材料的外敷层以提高绝热性质。

微球广泛用于纤维增强的聚酯工业中，以改进淋浴间和小船的制造工艺。更轻、更耐久的玻璃纤维产品是创造性地使用微球的直接结果。全部说明书中描述的厚膜油墨、采矿爆炸物以及橡胶和塑料产品仅仅是使用这些多用途材料获得更好效果的许多产品中的一些其它例子。这些不同的目标应用衍生的利益不同，一些是对特定工业独一无二的，而另一些是许多制造商共享的共同目的。

陶瓷微球的合成包括钠玻璃、硅酸铝、二氧化硅、磷酸铝、磷酸钙、硅酸钙和氧化钛等。[J.Szepvolgy，Z.Karoly，通过红外热等离子体制备空心氧化铝微球(Preparation of Hollow Alumina Microspheres by RF Thermal Plasma，KeyEngineering Materials，第264-268卷，101-104(2004)；美国专利6,110,528；J.K.Cochran，陶瓷空心球及其应用(Ceramic hollow spheres and their applications)，Current Opinion in Solid State&Materials Science，3，474-479(1998)]。现有技术的磷酸铝微球是无定形、高多孔性的，适用于催化剂载体。