一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高強度鋁鋯空心微球的制備方法，包括下述步驟：a）制備油包水型鋁鋯微球乳液；b）將微球乳液通過噴霧干燥設備，快速脫水形成鋁鋯多孔空心微球；c）收集干燥的空心微球粉進行兩次復燒，最終得到致密的高強度鋁鋯空心微球。所述空心微球，密度0.4~0.8g/cm3，抗壓強度≥35MPa，粒徑大小0.1~50μm，壁厚20~30nm。其作為輕質填料可應用于涂料、油墨、塑料、橡膠以及石油化工、汽車船舶等領域。
【專利說明】一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微球材料【技術領域】，具體涉及一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法。
【背景技術】
[0002]空心陶瓷微球是一種中空微小球形材料。它是一種性能獨特而穩(wěn)定的中空顆粒，由于其具有質輕、低導熱、耐磨、高分散、良好的電絕緣性和熱穩(wěn)定性等特點，被廣泛的應用于石油固井、汽車底板、乳化炸藥、高檔防火涂料、保溫耐火材料、建筑外墻保溫節(jié)能、高檔絕緣材料等領域。此外在電子工業(yè)輕質封裝材料、吸波材料、深水浮力材料、輕質高強混凝土等方面也有潛在用途。與傳統(tǒng)的空心玻璃微珠相比，空心陶瓷微珠抗壓強度更高，可以達到前者的數(shù)倍。復合陶瓷空心微球通過對原有單一組成的微球表面進行摻雜改性，增大組分間的接觸面積，有利于減少粒子間的結塊和團聚，提高微球的抗壓強度。
[0003]目前市場上的復合陶瓷空心微球，主要是利用煤粉在燃燒過程中產生的空心陶瓷微球，經(jīng)過風選或磁選得到，由于其主要成分是氧化硅和氧化鋁，雜質含量過多，成分波動大，抗壓強度低。
[0004]專利CN 101499348A公開了一種中空二氧化硅/磁性復合微球及其制備方法，該復合空心微球采用在帶磺酸基團的中空二氧化硅微球表面包埋一層磁性顆粒而獲得，其缺點是工藝較為復雜，無法大規(guī)模生產應用。專利CN 101905153A公開了 ZnO摻雜TiO2復合空心球的制備方法及其應用，該復合空心微球采用模板法-水解包覆法制備ZnO摻雜TiO2復合空心球，此方法的缺點為成球率少，包裹不完全，抗壓強度低。
【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法，和傳統(tǒng)制備復合空心微球的方法相比，該方法工藝簡單，成品率高，有利于大規(guī)模生產。
[0006]本發(fā)明目的通過以下技術方案予以實現(xiàn):
1、一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
a)制備油包水型鋁鋯微球乳液，乳液中包含的鋁鹽為乳液總質量的59TlO%、鋯鹽為乳液總質量的59TlO%、有機溶劑為乳液總質量的10%~25%、表面活性劑為乳液總質量0.1%~0.5%、余量為水；
先將鋁鹽、鋯鹽溶于水溶液中，混合攪拌均勻后，然后添加有機溶劑及表面活性劑，在轉速為100(T20000rpm條件下進行攪拌，攪拌時間5~30分鐘，形成油包水型鋁鋯微球乳液；攪拌方式優(yōu)選磁力攪拌方式，其它方式如機械攪拌也可。攪拌速度可以控制生成油包水型液滴的粒徑大小，攪拌速度越快，攪拌時間越長，得到的油包水型液滴越小。
[0007]b)將油包水型鋁鋯微球乳液通過噴霧干燥設備中進行干燥,噴霧干燥的溫度為20(T450°C，其主要目的是脫出油包水型液滴外表面附著的水分和液滴內部包裹的水分，快速脫水形成鋁鋯多孔空心微球；C)收集干燥的鋁鋯多孔空心微球粉進行燒結，最終得到致密的高強度輕質鋁鋯空心微球。
[0008]所述有機溶劑為辛烷、葵烷、煤油中的一種，有機溶劑的加入有利于油包水型微球乳液的形成；
表面活性劑為十二烷基苯橫酸納或十TK烷基硫酸納中的一種；
所述的鋁鹽為硝酸鋁、硫酸鋁中的一種，鋯鹽為硝酸鋯、硫酸鋯中的一種。上述金屬鹽溶液的混合溶液在乳液中形成一種均相體系，易均勻吸附在油包水型液滴的外表面，在高溫下分解形成致密氧化物外殼。
[0009]鋁鋯多孔空心微球粉的燒結采用兩次復燒，第一次燒結升溫速率為10°C /min，升溫至600°C，保溫2小時；然后進行第二次復燒，升溫速率為5°C /min，升溫至1200°C，保溫2小時。兩次復燒第一次快速燒結有利于微球表面有機物的分解，第二次慢速燒結，去除微球表面微孔結構，形成致密的空心氧化物微球結構。
[0010]采用本發(fā)明的制備方法所得的鋁鋯空心微球其粒度集中在0.1~50μπι，壁厚2(T30nm，密度0.4^0.8g/cm3，抗壓強度≥35MPa。對空心陶瓷微珠強度和密度要求比較高的如航天航空抗壓輕質膠粘劑、低密度燒蝕材料以及石油鉆井等行業(yè)，提供了高品質的產品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā) 明的制備的空心鋁鋯微球的電鏡照片 圖2為選取有破裂的微球，表明其為空心。
【具體實施方式】
[0012]實施例一
1、稱取硫酸鋁5g，硫酸鋯5g，溶解于78g水溶液中，混合攪拌均勻后，添加IOg辛烷，
0.1g十二烷基硫酸鈉，在轉速為20000rpm,磁力攪拌5分鐘下,形成油包水型招錯微球乳液。把乳液通過噴霧干燥設備，噴霧干燥溫度為200°C，得到鋁鋯多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高溫爐中兩次燒結，第一次燒結升溫速率為10°C /min，升溫至600°C，保溫2小時，降溫后進行第二次復燒，升溫速率為5°C /min,升溫至1200°C，保溫2小時。最終得到的鋁鋯空心微球粒徑集中在0.1~50 μ m,壁厚2(T30nm，密度0.4 g/cm3,按體積計算壓碎占體積5%鋁鋯空心微球壓碎強度為35MPa。
[0013]實施例二
2、稱取硫酸招8g,硫酸錯8g,溶解于69g水溶液中，混合攪拌均勻后,添加14g葵燒，
0.3g十二烷基硫酸鈉,在轉速為1000Orpm,磁力攪拌15分鐘下,形成油包水型招錯微球乳液。把乳液通過噴霧干燥設備，噴霧干燥溫度為300°C，得到鋁鋯多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高溫爐中兩次燒結，第一次燒結升溫速率為10°C /min，升溫至600°C，保溫2小時，降溫后進行第二次復燒，升溫速率為5°C /min,升溫至1200°C，保溫2小時。最終得到的鋁鋯空心微球粒徑集中在0.1~50 μ m,壁厚2(T30nm，密度0.6 g/cm3,按體積計算壓碎占體積5%鋁鋯空心微球壓碎強度為45MPa。
[0014]實施例三
3、稱取硫酸鋁10g，硫酸鋯10g，溶解于55g水溶液中，混合攪拌均勻后，添加25g煤油,0.5g十二烷基苯磺酸鈉,在轉速為1000rpm,磁力攪拌30分鐘下,形成油包水型招錯微球乳液。把乳液通過噴霧干燥設備，噴霧干燥溫度為200°C，得到鋁鋯多孔空心微球，把干燥后的多孔空心微球粉放入高溫爐中兩次燒結，第一次燒結升溫速率為10°C /min，升溫至600°C，保溫2小時，降溫后進行第二次復燒，升溫速率為5°C /min,升溫至1200°C，保溫2小時。最終得到的鋁鋯空心微球粒徑集中在0.1-50 μ m,壁厚2(T30nm，密度0.4 g/cm3,按體積計算壓碎占體積5%鋁鋯空心微球壓碎強度為55MPa。
【權利要求】
1.一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法，其特征在于包括以下步驟: a)制備油包水型鋁鋯微球乳液，乳液中包含鋁鹽為乳液總質量的59TlO%、鋯鹽為乳液總質量的59TlO%、有機溶劑為乳液總質量的10%~25%、表面活性劑為乳液總質量0.1%~0.5%、余量為水； 先將鋁鹽、鋯鹽溶于水溶液中，混合攪拌均勻后，然后添加有機溶劑及表面活性劑，在轉速為100(T20000rpm條件下進行攪拌，攪拌時間5~30分鐘，形成油包水型鋁鋯微球乳液； b)將油包水型鋁鋯微球乳液通過噴霧干燥設備中進行干燥，噴霧干燥的溫度為200^4500C，快速脫水形成鋁鋯多孔空心微球； c)收集干燥的鋁鋯多孔空心微球粉進行燒結，最終得到致密的高強度輕質鋁鋯空心微球。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法，其特征在于:所述有機溶劑為辛烷、葵烷、煤油中的一種；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基硫酸鈉中的一種；所述的鋁鹽為硝酸鋁、硫酸鋁中的一種，鋯鹽為硝酸鋯、硫酸鋯中的一種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種高強度輕質鋁鋯空心微球的制備方法，其特征在于:鋁鋯空心微球粉的燒結采用兩次復燒，第一次燒結升溫速率為10°c /min，升溫至600°C，保溫2小時；然后進行第二次復燒，升溫速率為5°C /min，升溫至1200°C，保溫2小時。
【文檔編號】C04B35/48GK103803952SQ201410062906
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月22日 優(yōu)先權日:2014年2月22日
【發(fā)明者】彭壽, 王蕓, 楊揚, 錢學君, 彭程 申請人:蚌埠玻璃工業(yè)設計研究院, 中國建材國際工程集團有限公司