[发明专利]憎水空心玻璃微珠制备方法和所制备的憎水空心玻璃微珠

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本憎水空心玻璃微珠的制备技术。具体的说是用硅酸钠 水玻璃、硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙为原材料，采用低温喷雾干燥 的方法获得空心玻璃微珠，在收料的过程中利用有机硅防水剂对其进行表面憎 水处理，一步获得优质的产品，并节约了能耗。

技术背景

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，属无机非金属材料。化学 成分为硅、硼、钙、钾、钠、氧等。典型粒径范围5-200微米，堆积密度100-300kg/m³， 具有质轻、低导热、隔音、高分散、电绝缘性和热稳定性好等优点，是近年来发 展起来的一种用途广泛、性能优异的新型轻质材料。空心玻璃微珠因其流动性 好、物化性能稳定，可作为各种复合材料的填料使用，起到降低材料密度、提 高其加工性能的作用。目前国内的所使用的空心玻璃微珠主要来自电厂粉煤灰 中提取的漂珠。漂珠的空心率较低，多为开孔结构，作为填料时其添加吸水率、 吸油率高。美国3M公司、波特公司生产的空心玻璃微珠能够满足高强度、高空 心率、稳定性好的要求，但由于进口产品成本太高而难以推广。专利CN1736912A、 CN101152978A未能从制备工艺上解决提高空心玻璃微珠的空心率和物化稳定性 的问题，并且其烧结温度均在1000℃以上，浪费大量能源。专利CN1990401A将 烧结温度降低至400～650℃，但是通过二次烧结的方式获得产品，增加了能耗， 也未能解决表面改性的问题。美国专利4421562、4340642、4411847采用低温 喷雾干燥的方式制造空心玻璃微珠，添加的辅料为硼酸铵溶液，在喷雾干燥的 过程中会有氨气放出，对环境有一定的污染，并且在制造的过程中采用二次干 燥的方式去除空心玻璃微珠表面的水分，采用硫酸铝、氯化铝对空心玻璃微珠 进行表面处理，在实际操作中工艺繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种低成本、低能耗的制备憎水空心玻 璃微珠的方法，通过该方法制得的憎水空心玻璃微珠具有高强度、高空心率、 良好的稳定性和憎水性的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种憎水空心玻璃微珠的制备方法，按照如下步骤进行：先将硼酸、氢氧 化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、水按照1∶0.1～0.2∶0.08～0.15∶0.005～0.01 ∶5～8的质量比例混合，至其完全溶解成澄清透明状，得到辅助溶液。然后将 制得的辅助溶液以喷雾的方式加入至搅拌的硅酸钠水玻璃中形成胶体，所述硅 酸钠水玻璃的质量用量为硼酸质量的10～20倍。再将制得的胶体输送至喷雾干 燥设备中进行喷雾干燥，得到空心玻璃微珠半成品；最后将有机硅防水剂加入 到空心玻璃微珠中进行表面憎水处理，即得到所述的憎水空心玻璃微珠。

本发明采用低温喷雾干燥的工艺，利用廉价的硅酸钠水玻璃作为主要原材 料，用硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙混合溶液代替硼酸铵作为辅料， 避免的生产过程中对环境的污染，提高了空心玻璃微珠的强度、耐水性和物化 稳定性，在收料的过程中同时用有机硅防水剂进行表面处理，在一套设备上即 可完成制备、表面处理全部过程，一步获得憎水性良好的空心玻璃微珠，简化 了工艺流程并降低生产能耗。其中硼酸可降低空心玻璃微珠的玻化温度，从而 降低能耗。氢氧化钾用于提高溶液的碱性，有利于硼酸在水中的溶解。氢氧化 锂与硅酸钠水玻璃反应生成硅酸锂，硅酸锂具有自干性，可提高空心玻璃微珠 的耐水性。氢氧化钙与硅酸钠水玻璃反应生成高强度的硅酸钙，可提高空心玻 璃微珠的强度和稳定性。进一步，本发明优选硼酸、氢氧化钾、氢氧化锂、氢 氧化钙、水的投料质量比例为1∶0.1～0.2∶0.08～0.15∶0.005～0.01∶5～8； 优选硅酸钠水玻璃的质量用量为硼酸质量的10～15倍。本发明辅助溶液的制备， 需在加热条件下使辅料完全溶解，加热温度无特别要求，至固体完全溶解即可。

本发明将制得的辅助溶液以喷雾的方式加入到硅酸钠水玻璃中，可避免硅 酸钠水玻璃局部pH值改变过大，形成不可逆转的SiO₂沉淀。

本发明所述的喷雾干燥，由于辅料硼酸的存在，使得原料在250～400℃时 即能够玻化成球，本发明优选喷雾干燥温度为300～400℃、出风温度为150～ 200℃。