[发明专利]空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料及其制备方法，复合材料具有核壳结构，二氧化钛薄膜的厚度为0.3~0.7μm，二氧化钛以锐钛矿型存在，包覆量为5~25%。该方法首先通过将无水乙醇、钛酸四丁酯、冰醋酸混合溶解，再将无水乙醇、水、pH调节剂混合得到的混合水溶液匀速滴加至钛酸四丁酯溶液制得二氧化钛溶胶；通过将空心玻璃微珠超声清洗去除表面的杂质、碱活化表面；通过将活化的空心玻璃微珠加入二氧化钛溶胶后进行静置陈化实现空心玻璃微珠表面包覆的均一紧致。解决了二氧化钛包覆率低、包覆层不均匀和疏松、近红外波段反射率低等问题。

技术领域

本发明涉及功能性无机非金属材料技术领域，具体来说，涉及一种空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料及其制备方法。

背景技术

空心玻璃微珠是一种中空结构、导热系数小、密度小、保温效果好的材料，它被广泛应用于储氢，核聚变，乳化炸药，深海探测，航天等方面，并常使用在建筑和工业保温隔热等方面。而二氧化钛的折射系数为2.5-2.8，禁带宽度为3.2eV，在氧化物中有着折射率大、近红外反射率高的优越性能。将二者优点进行结合，在空心玻璃微珠的表面包覆上一层二氧化钛薄膜，既可以保持空心玻璃微珠隔热性能，又大大的提高对太阳能量的反射率，结合了在近红外线具有较高的反射率和低热导率的特点，达到一种集阻隔隔热和反射隔热功能于一体的高性能复合隔热材料。

目前，空心玻璃微珠表面包覆二氧化钛主要通过非均相沉淀法来实现。例如：文献《二氧化钛高效包覆空心玻璃微珠的研究》、《二氧化钛包覆中空玻璃微珠制备近红外反射材料》以及专利CN103483944A、CN107219578A和CN102391754A中，采用硫酸钛或四氯化钛为钛源、氢氧化钠为沉淀剂，用化学沉淀法在空心玻璃微珠表面形成包覆层，通过煅烧得到锐钛型二氧化钛包覆的空心玻璃微珠，但其操作过程较为复杂，需要精准的pH控制，设备要求高，且包覆层比较疏散。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料及其制备方法，解决了二氧化钛包覆率低、包覆层不均匀和疏松等问题；增加了空心玻璃微珠对近红外波段反射功能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料，其具有核壳结构，所述二氧化钛薄膜的厚度为0.3～0.7μm，所述二氧化钛以锐钛矿型存在，以重量百分比计，包覆量为5～25％。优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为200～600目。

另一方面，本发明提供一种空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料的制备方法，包括：

1)将无水乙醇、钛酸四丁酯、冰醋酸混合得到钛酸四丁酯溶液；将无水乙醇、水、pH调节剂混合得到混合水溶液，将所得混合水溶液匀速滴加至钛酸四丁酯溶液中，控制体系pH值，得到二氧化钛溶胶，冷藏备用；

2)将清洗后的空心玻璃微珠浸泡在碱液中，匀速搅拌反应，过滤后用蒸馏水洗涤至中性，干燥，待用；

3)将活化的空心玻璃微珠加入步骤1)制备的二氧化钛溶胶中搅拌均匀，室温静置陈化完成包覆，经过滤、洗涤、干燥后，煅烧得到空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料。

进一步地，所述空心玻璃微珠/二氧化钛薄膜复合材料，具有核壳结构，所述二氧化钛薄膜的厚度为0.3～0.7μm，所述二氧化钛以锐钛矿型存在，以重量百分比计，包覆量为5～25％。优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为200～600目。

进一步地，所述步骤1)中钛酸四丁酯、无水乙醇、蒸馏水和冰醋酸的体积比为1∶2.5～3.5∶0.15～0.2∶0.15～0.35，优选为1∶2.5∶0.2∶0.2，其中，制备钛酸四丁酯溶液所用无水乙醇与制备混合水溶液的无水乙醇的体积比为2∶1。