[发明专利]蠕动泵辅助同轴微流控系统制备陶瓷中空微球方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备陶瓷中空微球的方法，尤其是涉及一种蠕动泵辅助同轴微流控系统制备陶瓷中空微球方法。

背景技术

近年来，陶瓷/玻璃中空微球做为填充材料的应用领域十分广泛，包括各种用途聚合物中轻质填充物；油漆和涂层材料中填充物；制备隔热、隔音的介质材料；海洋开发研究的深水技术浮力材料；高强度、不变形的轻质合金和玻璃中空微球的复合材料，以及作为各种绝缘、绝热材料的填充材料等。中空微球是指一类尺寸在几个纳米至数毫米之间，内部具有中空结构的球壳型材料，其中空部分可以是气体、液体或者具有特殊功能的活性成分，而外层为无机物或者聚合物组成的壳体。由于中空微球具有独特的形貌结构，使其具有密度低、比表面积大的特点，拥有优良的力学、声学、光学和化学特性，可以用做药物载体、颜填料、吸波材料、隔音材料、催化剂及其载体等。目前比较成熟的中空微球的制备方法包括模板法(Templating route)和无模板法(template-free route)两大类。模板法是制备中空微球最常用的方法，其主要院里是首先合成微球模板，然后通过溶胶-凝胶法、热解法、静电吸附或者界面反应等作用将空心微球的壳体材料前驱体沉积到模板核的表面，从而制得核-壳型复合微球，然后通过煅烧或者溶解去除模板，可以得到具有空心结构的球形材料。无模板法主要包括喷雾热解法、水热-溶剂热法和超声化学法等，其中主要原理是不需要核心模板。

与陶瓷中空微球相比，玻璃中空微球的工业化发展相对较早，工艺也比较成熟。玻璃中空微球的化学成分主要由硅酸盐玻璃体系组成，通常优先采用的是含有若干氧化物添加物的碱金属或者碱土金属硼硅盐组成体系。在众多的玻璃中空微球制造专利技术中，已经应用于工业化生产的制作技术主要是美国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，这两种方法均属于无模板法，为制备不同应用领域的玻璃中空微球系列化产品提供了许多工业化制造途径。关于固相玻璃粉末法技术路线，上世纪60至80年代，3M公司在美国申请了许多专利，如美国专利3129086，3230064，3365315和4391646，对其进行了详细描述，并于2005年在中国申请了发明专利CN101068753A，类同的工艺技术路线还有CN101638295A。我国还未有可以实现低成本商品化的陶瓷中空微球的专利报道，已经商品化的3M和PQ公司玻璃中空微球强度较低，在压力条件下，玻璃中空微球易碎裂，导致实际使用过程中涂料和涂层性能下降较大，吸水率高。3M公司为解决玻璃中空微球强度低的不足，开发出高强度陶瓷中空微球，其化学成分主要为氧化铝和氧化锆系列，此种高强度陶瓷中空微球空心率很低(～15％)，大大削弱了中空微球作为填料的优势，并且成本是玻璃中空微球的3倍。近几年我国也开展了陶瓷中空微球的研究工作，例如中国专利CN 102923771A(一种氧化锆空心微球的制备方法)利用锆酸四正丁酯金属醇盐的水解和水解产物的缩聚性的原理，形成氢氧化锆凝胶，最终制备出尺寸在4-6μm范围内的氧化锆空心微球。此种方法所制氧化锆空心微球不需要模板，方法独特，但是无法制备其它尺寸的陶瓷中空微球和控制空心率，并且得到的氧化锆空心微球属于单斜晶型，断裂韧性和强度较低。中国发明专利CN102898134A(一种利用微流体装置制备二氧化锆陶瓷微球的方法)采用微流体装置制备二氧化锆实心陶瓷微球，发明中以二氧化锆的前驱体溶胶(氧氯化锆/硝酸锆)作为内相流体，利用微流体装置制作出单分散的水包油包水的双乳化液滴，然后加入碱性溶液引发凝胶反应，经过1400℃烧结得到球体直径约为65μm二氧化锆陶瓷微球。此法方法得到的陶瓷微球球形度高、尺寸均一，但是属于陶瓷实心微球。中国发明专利CN103204695A(低温同轴静电喷雾制备多孔陶瓷微球的方法)采用陶瓷前驱体、聚合物和溶剂配制的混合液进行低温同轴静电喷雾得到球状复合材料，然后经过冷冻干燥后烧结，得到多孔陶瓷微球。该专利得到的多孔陶瓷微球为表面开孔球体，此种开孔球体的吸湿性高，流动性差，强度低，隔热效果较低。并且低温条件下获得陶瓷微球前驱体需要耗费大量能源制冷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺流程简单、能耗低、球体尺寸和空心率可控的蠕动泵辅助同轴微流控系统制备陶瓷中空微球方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

蠕动泵辅助同轴微流控系统制备陶瓷中空微球方法，采用以下步骤：