一種空心玻璃微珠及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術領域，具體涉及一種空心玻璃微珠及其制備方法。
【背景技術】
[0002]空心玻璃微珠HGM (Ho11ow Glass Microsphere)又名玻璃微泡(Glass Bubbles),是一種微米級的表面光滑的中空玻璃微球，屬輕質無機粉體材料?？招牟Ａ⒅樵诨瘜W成分上主要為堿石灰硼硅酸鹽；玻璃態(tài)加上空心結構賦予其有異于其它材料或空心體的獨特的性能，例如質輕、耐熱、耐腐蝕、低導熱、隔音、電絕緣，具有良好的流動性和化學穩(wěn)定性。上述這些獨特的性能使空心玻璃微珠在許多行業(yè)有著廣泛的應用，例如可以作為石油及天然氣開采中固井泥漿的添加劑、也可以作為隔熱保溫材料、耐火和輕質涂料、高分子復合材料、航空航天輕質部件、船舶工業(yè)、電子元器件、膩子粉和油灰料等建筑裝飾材料、人造大理石以及天然及合成木漿及其制品中的助劑等。
[0003]空心玻璃微珠的應用在近些年得到不斷推廣，其工業(yè)化生產及產能的提高有很大的市場需求和市場潛力，與此同時，對空心玻璃微珠本身的要求也不斷提高。傳統(tǒng)的生產方法多以硅酸鈉水玻璃作基液，加入各種金屬或非金屬的無機鹽或氫氧化物或酸或超細氧化物，或加入適量的可溶性有機成分，然后再進行噴霧干燥造粒成球。該方法的優(yōu)點是工藝簡單易操作，缺點是產品的吸濕性大，產品耐壓強度低，在儲存運輸和使用中易結塊和破碎。美國專利3030215介紹了在硅酸鈉基液中加入無機鹽及尿素進行噴霧干燥，得到空心玻璃微珠；美國專利3796777介紹了在硅酸鈉基液中加入硼酸銨進行噴霧干燥，得到空心玻璃微珠。但這兩種方法在生產空心玻璃微珠時會排放氨氣，對環(huán)境不利。并且產品依然有吸濕性大的缺點，在儲存運輸和使用中易結塊。
[0004]研宄人員對空心玻璃微珠成品進行表面噴涂有機硅等覆膜層，能在一定程度上改善產品的吸濕性。PQ公司曾介紹甲基三甲氧基硅烷進行表面覆膜以防止空心玻璃微珠結塊。但在空心玻璃微珠表面覆膜增加了工序和成本，并且難以做到噴涂均勻，吸濕性能并沒有得到很好的改善。同時引入有機物使空心玻璃微珠成品的性能受到影響。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種空心玻璃微珠及其制備方法，本發(fā)明提供的空心玻璃微珠吸濕性小。
[0006]本發(fā)明提供了一種空心玻璃微珠，包括:
[0007]50wt%? 80wt% 的二氧化娃；
[0008]5wt%? 30wt%的氧化鉀和氧化鈉，其中，鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32 ；
[0009]5wt %?30 %的氧化硼；
[0010]2wt%?15%的氧化鈣；
[0011]0wt%? 3wt%的氧化鋰；
[0012]Owt %?5wt %的氧化銷。
[0013]本發(fā)明還提供了一種空心玻璃微珠的制備方法，包括以下步驟:
[0014]A)將硅酸鉀溶液與八硼酸鈉輔液混合，得到硼硅酸鉀鈉溶液；
[0015]所述八硼酸鈉輔液包括八硼酸鈉、輔料和水，所述輔料選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰和鋁酸鈉中的一種或多種，所述硼硅酸鉀鈉溶液中鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32 ；
[0016]B)將所述硼硅酸鉀鈉溶液噴霧干燥、脫水球化，得到空心玻璃微珠。
[0017]優(yōu)選的，所述娃酸鉀為K20.(S12)x, X = 2?5。
[0018]優(yōu)選的，所述硅酸鉀按照如下方法制備:
[0019]將石英砂粉末與碳酸鉀粉末混合、熔融，得到硅酸鉀熔塊。
[0020]優(yōu)選的，所述硅酸鉀溶液的質量濃度為10wt%? 40wt%。
[0021]優(yōu)選的，所述八硼酸鈉與所述輔料的總質量占所述八硼酸鈉輔液的1wt %?35wt%，所述輔料占所述八硼酸鈉輔液0wt%? 15wt%，且不為O。
[0022]優(yōu)選的，所述噴霧干燥的溫度為400 °C至600 °C。
[0023]優(yōu)選的，所述脫水球化的方法為將經過噴霧干燥后得到的半成品通入800°C至1300°C的熱風爐進行高溫處理。。
[0024]優(yōu)選的，所述輔料為碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰和鋁酸鈉的混合物。
[0025]優(yōu)選的，所述空心玻璃微珠的平均粒徑為3?108 μ m，真比重為0.1?1.9，耐壓強度為3?80MPa。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種空心玻璃微珠，包括:50wt%?80?丨％的二氧化娃；5wt%? 30wt%的氧化鉀和氧化鈉，其中，鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32 ;5wt%?30%的氧化硼；2wt%?15%的氧化1? ;0wt%?3%的氧化鋰；0wt%?5%的氧化鋁。本發(fā)明通過控制空心玻璃微珠中鉀鈉的比例，使制備得到的空心玻璃微珠吸濕性或親水性低，在儲存和使用中不易結塊。另外，本發(fā)明制備得到的空心玻璃微珠的強度高，不易破碎。
[0027]結果表明，本發(fā)明制備空心玻璃微珠的平均粒徑為3?108 μπι，真比重為0.1?1.9，耐壓強度為3?80MPa。將所述空心玻璃微珠放置于濕度為45%至70%的室內，三天后未出現(xiàn)成團或結塊現(xiàn)象，樣品含水率小于0.5 %。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明提供了一種空心玻璃微珠，其特征在于，包括:
[0029]50wt%? 80wt% 的二氧化娃；
[0030]5wt%? 30wt%的氧化鉀和氧化鈉，其中，鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32 ；
[0031 ] 5wt %?30 %的氧化硼；
[0032]2wt%?15%的氧化鈣；
[0033]Owt %?3 %的氧化鋰；
[0034]Owt %?5 %的氧化鋁。
[0035]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠包括二氧化硅，所述二氧化硅的含量為50wt %?80wt %，優(yōu)選為 55wt % ?75wt %，更優(yōu)選為 60wt % ?70wt %。
[0036]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠還包括氧化鉀和氧化鈉，其中，所述氧化鉀與氧化鈉的總質量占所述空心玻璃微珠的5wt%? 30wt%，優(yōu)選為1wt %?25wt%，更優(yōu)選為15wt%~ 20wt% ;鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32。
[0037]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠還包括氧化硼，所述氧化硼的含量為5wt%?30wt %，優(yōu)選為5wt %?20wt %，更優(yōu)選為8wt %?15wt %。
[0038]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠還包括氧化鈣，所述氧化鈣的含量為2wt%? 15%，優(yōu)選為3wt%?12%，更優(yōu)選為5wt%?10%。
[0039]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠還包括氧化鋰，所述氧化鋰的含量為0wt%? 3wt%，優(yōu)選為0.5wt %?2.5wt %，更優(yōu)選為Iwt %?2wt %。
[0040]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠還包括氧化鋁，所述氧化鋁的含量為0wt%? 5wt%，優(yōu)選為Iwt %?4wt %，更優(yōu)選為2wt %?3wt %。
[0041]本發(fā)明提供的空心玻璃微珠的平均粒徑為3?108 μ m，真比重為0.1?1.9，耐壓強度為3?80MPa。
[0042]本發(fā)明通過控制空心玻璃微珠中鉀鈉的比例，使制備得到的空心玻璃微珠吸濕性或親水性低，在儲存和使用中不易結塊。另外，本發(fā)明制備得到的空心玻璃微珠的強度高，不易破碎。
[0043]結果表明，本發(fā)明制備空心玻璃微珠的平均粒徑為3?108 μπι，真比重為0.1?1.9，耐壓強度為3?80MPa。將所述空心玻璃微珠放置于濕度為45%至70%的室內，三天后未出現(xiàn)成團或結塊現(xiàn)象，樣品含水率小于0.5 %。
[0044]本發(fā)明還提供了一種空心玻璃微珠的制備方法，包括以下步驟:
[0045]A)將硅酸鉀溶液與八硼酸鈉輔液混合，得到硼硅酸鉀鈉溶液；
[0046]所述八硼酸鈉輔液包括八硼酸鈉、輔料和水，所述輔料選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰和鋁酸鈉中的一種或多種，所述硼硅酸鉀鈉溶液中鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32 ；
[0047]B)將所述硼硅酸鉀鈉溶液噴霧干燥、脫水球化，得到空心玻璃微珠。
[0048]首先，將硅酸鉀溶液與八硼酸鈉輔液混合，得到硼硅酸鉀鈉溶液。
[0049]在本發(fā)明中，所述硅酸鉀溶液優(yōu)選為硅酸鉀水溶液，所述硅酸鉀為K20.(S12)x，X=2?5。本發(fā)明對所述硅酸鉀的來源并沒有特殊限制，可以市場購買也可以自行制備，優(yōu)選按照如下方法進行制備:
[0050]將石英砂粉末與碳酸鉀粉末混合，熔融，得到硅酸鉀熔塊。
[0051]具體的，將石英砂磨粉，過篩，得到石英砂粉末；將所述石英砂粉末與碳酸鉀粉末充分混合，然后進行熔融，得到模數(shù)為2?5的硅酸鉀熔塊。優(yōu)選的，所述過篩為過100目篩。所述熔融的溫度為1000°C至1100°C，熔融時間為2小時。
[0052]將得到的硅酸鉀熔塊粉碎，溶解于80°C至100°C的水中，得到硅酸鉀水溶液。在本發(fā)明中，所述娃酸鉀水溶液的質量濃度為1wt %?40wt%，優(yōu)選為15wt%? 35wt%，更優(yōu)選為 20wt%? 30wt%。
[0053]本發(fā)明將上述硅酸鉀溶液與八硼酸鈉輔液混合，所述八硼酸鈉輔液包括八硼酸鈉、輔料和水，所述八硼酸鈉為Na2B8O13.4H20，所述輔料選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰和鋁酸鈉中的一種或多種，優(yōu)選的，所述輔料為碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈣、碳酸鋰和鋁酸鈉的混合物，本發(fā)明以八硼酸的堿金屬鹽及鋁酸的堿金屬鹽的形式在空心玻璃微珠中引入硼和鋁元素，在引入所需元素的同時可以控制堿金屬的用量，同時有效控制或減少體系中沉淀物的產生，得到均勻的硼硅酸鉀鈉溶液或溶膠混合體系。在所述硼硅酸鉀鈉溶液中控制鉀和鈉的摩爾比為0.66?1.32。
[0054]在所述八硼酸鈉輔液中，所述八硼酸鈉與所述輔料的總質量占所述八硼酸鈉輔液的10wt%?35?1:%，優(yōu)選為15wt%? 30wt%，更優(yōu)選為20wt%? 25wt% ;所述輔料占所述八硼酸鈉輔液Owt %?15wt%，且不為0，優(yōu)選為2wt%? 12wt%，更優(yōu)選為5wt%?1