[发明专利]一种空心玻璃微珠及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种空心玻璃微珠及其制备方法。

背景技术

空心玻璃微珠HGM(Hollow Glass Microsphere)又名玻璃微泡(Glass Bubbles)，是一种微米级的表面光滑的中空玻璃微球，属轻质无机粉体材料。空心玻璃微珠在化学成分上主要为碱石灰硼硅酸盐；玻璃态加上空心结构赋予其有异于其它材料或空心体的独特的性能，例如质轻、耐热、耐腐蚀、低导热、隔音、电绝缘，具有良好的流动性和化学稳定性。上述这些独特的性能使空心玻璃微珠在许多行业有着广泛的应用，例如可以作为石油及天然气开采中固井泥浆的添加剂、也可以作为隔热保温材料、耐火和轻质涂料、高分子复合材料、航空航天轻质部件、船舶工业、电子元器件、腻子粉和油灰料等建筑装饰材料、人造大理石以及天然及合成木浆及其制品中的助剂等。

空心玻璃微珠的应用在近些年得到不断推广，其工业化生产及产能的提高有很大的市场需求和市场潜力，与此同时，对空心玻璃微珠本身的要求也不断提高。传统的生产方法多以硅酸钠水玻璃作基液，加入各种金属或非金属的无机盐或氢氧化物或酸或超细氧化物，或加入适量的可溶性有机成分，然后再进行喷雾干燥造粒成球。该方法的优点是工艺简单易操作，缺点是产品的吸湿性大，产品耐压强度低，在储存运输和使用中易结块和破碎。美国专利3030215介绍了在硅酸钠基液中加入无机盐及尿素进行喷雾干燥，得到空心玻璃微珠；美国专利3796777介绍了在硅酸钠基液中加入硼酸铵进行喷雾干燥，得到空心玻璃微珠。但这两种方法在生产空心玻璃微珠时会排放氨气，对环境不利。并且产品依然有吸湿性大的缺点，在储存运输和使用中易结块。

研究人员对空心玻璃微珠成品进行表面喷涂有机硅等覆膜层，能在一定程度上改善产品的吸湿性。PQ公司曾介绍甲基三甲氧基硅烷进行表面覆膜以防止空心玻璃微珠结块。但在空心玻璃微珠表面覆膜增加了工序和成本，并且难以做到喷涂均匀，吸湿性能并没有得到很好的改善。同时引入有机物使空心玻璃微珠成品的性能受到影响。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种空心玻璃微珠及其制备方法，本发明提供的空心玻璃微珠吸湿性小。

本发明提供了一种空心玻璃微珠，通过将硅酸钾溶液与八硼酸钠辅液混合，得到硼硅酸钾钠溶液；将所述硼硅酸钾钠溶液喷雾干燥、脱水球化，得到所述空心玻璃微珠；

所述八硼酸钠辅液包括八硼酸钠、辅料和水，所述辅料为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钙、碳酸锂和铝酸钠的混合物；

在所述八硼酸钠辅液中，所述八硼酸钠与所述辅料的总质量占所述八硼酸钠辅液的10wt％～35wt％；所述辅料占所述八硼酸钠辅液的5wt％～10wt％；

所述玻璃微珠包括：

60wt％～70wt％的二氧化硅；

10wt％～25wt％的氧化钾和氧化钠，其中，钾和钠的摩尔比为0.7～0.9；

5wt％～20wt％的氧化硼；

3wt％～12wt％的氧化钙；

0.5wt％～2.5wt％的氧化锂；

1wt％～4wt％的氧化铝。

优选的，所述空心玻璃微珠的平均粒径为3～108μm；包括

60wt％～70wt％的二氧化硅；

15wt％～20wt％的氧化钾和氧化钠，其中，钾和钠的摩尔比为0.7～0.9；

8wt％～15wt％的氧化硼；

5wt％～10wt％的氧化钙；

1wt％～2wt％的氧化锂；

2wt％～3wt％的氧化铝。

本发明还提供了一种上述的空心玻璃微珠的制备方法，以八硼酸的碱金属盐及铝酸的碱金属盐的形式在所述空心玻璃微珠中引入硼和铝元素，具体包括以下步骤：

A)将硅酸钾溶液与八硼酸钠辅液混合，得到硼硅酸钾钠溶液；

所述八硼酸钠辅液包括八硼酸钠、辅料和水，所述辅料为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钙、碳酸锂和铝酸钠的混合物；

其中，所述硅酸钾溶液的质量浓度为10wt％～40wt％；

B)将所述硼硅酸钾钠溶液喷雾干燥、脱水球化，得到所述空心玻璃微珠。

优选的，所述硅酸钾为K₂O·(SiO₂)_x，x＝2～5。

优选的，所述硅酸钾按照如下方法制备：

将石英砂粉末与碳酸钾粉末混合、熔融，得到硅酸钾熔块。