[发明专利]一种纳米二氧化钛改性空心玻璃微珠的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能性无机非金属材料技术领域，尤其提供了纳米二氧化钛改性空心玻璃微珠的制备方法。

背景技术

低碳节能已成为当今全球关注的热点，在太阳能正积极地被人类开发利用同时，太阳强烈辐射所产生的热量也造成了能源的消耗，已成为一个重要的研究课题。其中具有节能作用的隔热涂料引起了国内外广泛的重视和研究。研究证明，在隔热涂料中起着隔热作用的主要是涂料中的颜填料。现在研究较多的是热反射型颜料，节能效果较单一，且主要是侧重浅色系颜料。从审美学的角度上，深色系颜料更受青睐，但其通常对红外吸热较高，不利于节能。

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，具有质轻、低导热、抗压、高分散、隔音、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。利用空心玻璃微珠质轻、中空的特点,对其进行表面改性处理,能够得到具有特殊性能(如吸波、反光、耐磨和催化等)的新材料。

空心微珠具有良好的隔热效果，但其不具备热反射功能。马承银等在《二氧化钛包覆中空玻璃微珠制备近红外反射材料》(中南大学学报自然科学版，2004(10)，第35卷，第5期：806-809)中运用沉淀法，往NaOH和玻璃微珠的混合液中滴加Ti(SO₄)₂溶液同时搅拌，再在600℃下煅烧2h，在中空玻璃微珠上包裹一层0.5-1.0μm二氧化钛膜。该膜层可见光透过率较低，制成的红外反射空心微珠的颜色为膜层的浅色，且成本较高。中国发明专利CN101302360A公开了用高温金属氧化物着色陶瓷空心微珠制成彩色空心微珠的方法，其将空心微珠材料和高温氧化物颜料按一定比例混合、煅烧制得彩色空心微珠颜料，该方法的缺点是该彩色陶瓷空心微珠不具备红外反射效果，吸热较多。

发明内容

本发明基于上述技术存在的诸多不足之处，提供了一种全新的纳米二氧化钛改性空心玻璃微珠及其制备方法，所获得的空心玻璃微珠具有极佳的热反射性能，且通过控制前驱物中钛酸正丁酯的浓度，反应温度和时间，及分散剂用量等工艺参数，优化了空心玻璃微珠的改性工艺，该方法操作简便；测试结果表明，纳米二氧化钛颗粒改性后的空心玻璃微珠具有较低的导热系数和较高热反射率，可以满足实际需要。

本发明的具体技术方案是：

一种纳米二氧化钛改性空心玻璃微珠的制备方法，具体步骤如下：

I.将氢氧化钠、碳酸钠和硅酸钠溶于去离子水中，得到除油液，加热除油液至70-100℃；将空心玻璃微珠按照5-10g/L的比例加入到上述的除油液中搅拌使之充分分散，反应30-60min后过滤、水洗；

Ⅱ.将氢氟酸用去离子水稀释得粗化液，将步骤Ⅰ处理得到的所述空心微珠浸泡在粗化液中在30-60℃条件下反应1-3h，过滤后用去离子水进行洗涤，干燥；

Ⅲ.将钛酸四丁酯用无水乙醇溶解，并添加去离子水得乳白色溶液；将步骤Ⅱ处理得到的粗化空心微珠浸渍在上述混合溶液中，随后转入高压反应釜中，密封后保温处理，待反应完成后过滤出空心微珠，分别用无水乙醇和去离子水进行洗涤，干燥，即得纳米二氧化钛颗粒改性空心玻璃微珠；

上述步骤中，步骤I中的除油液中氢氧化钠、碳酸钠和硅酸钠的浓度分别为30-50g/L、5-15g/L和3-7g/L；采用这种配比后，除油剂中不含任何有毒成分，且原料价格低廉，降低了使用的成本，且在上述用量范围内，对空心玻璃微珠表面除油效率更高，除油条件要求相对较低。

所述步骤Ⅱ中的粗化液为将质量分数47％的氢氟酸去离子水溶液用去离子水稀释成质量分数1-5％的溶液；氢氟酸浓度太大，空心微珠被腐蚀的太严重；氢氟酸浓度太小，空心微珠不能够被腐蚀；空心微珠与粗化液的用量比为5-10g/L；所述干燥为100-120℃条件下干燥2-4h；

所述步骤Ⅲ中的乳白色溶液的制备方法为：将钛酸四丁酯按照体积比1:10-40的比例溶解在无水乙醇中，充分搅拌10-30min得钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，之后将上述同等用量的无水乙醇与去离子水按照体积比1:1-3的比例混合均匀，然后将其在搅拌状态下缓慢滴加到上述的钛酸四丁酯溶液中，即可得到乳白色溶液；

步骤Ⅱ处理得到的粗化空心微珠与上述乳白色溶液的用量比为5-10g/L；