空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料的方法
【專利摘要】本發明涉及一種空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料及制備方法。使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中并且分散開來，加入水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至pH為7；放入恒溫干燥箱中80℃干燥15～24小時，直至微珠完全干燥；將空心玻璃微珠與濃度為25～50%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯；將制得生坯在70℃的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥2～4小時，直至試樣完全干燥，然后于馬弗爐中燒結，燒結溫度為650～750℃。本發明所制備的保溫材料，絕熱保溫材料密度0.40～0.48g/cm3，抗壓強度4.4～13.57MPa。
【專利說明】空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于保溫材料領域。涉及一種空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料的方法。
【背景技術】
[0002]空心玻璃微珠是中空的，內含惰性氣體的微小球形材料，從宏觀上看是純白色的粉末。其粒徑大小不等，最小顆粒粒徑為2 iim，其平均粒徑為35 iim，壁厚約為其直徑的 10%。其空心的特性使其具有比重輕體積大的特點，密度約是傳統填充料微粒密度的十幾分之一，填充后可大大減輕產品的基重，替代及節省更多的生產用樹脂，降低產品成本。此外， 空心玻璃微珠還具有抗壓強度高、熔點高、電阻率高、熱導系數和熱收縮系數小等特點，它被譽為21世紀的“空間時代材料”。
[0003]空心玻璃微珠主要化學成分為堿石灰硼娃酸鹽玻璃，化學式可表不為 Na2O-B2O3-SiO20具有中空、質輕、導熱系數低、電絕緣強度高、化學穩定性好、隔音、耐火、耐輻射等一系列優異性能，廣泛應用于復合材料、乳化炸藥、石油化工、建筑材料、涂料工業、 航天航海等領域。市售的微珠一般都經過了疏水性處理，具有改性(親油性)表面，可填充于大多數熱固熱塑性樹脂中，如聚酯、環氧樹脂、聚氨酯等。
[0004]由于本課題初期采用無機的粘結劑磷酸鉻鋁水溶液將其粘結，結果發現試樣高溫處理，磷酸鉻鋁粘結劑自身發生團聚，不能夠潤濕微珠的表面，導致連接微珠的粘結劑的用量多，粘結效果不佳，以至于制品密度大，強度和保溫性能降低。因此采用氫氟酸對玻璃微珠進行親水性處理，改善微珠表面的潤濕性。在此基礎上，以水基的磷酸鉻鋁作為粘結劑， 連接玻璃微珠，提高制品的強度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是改`善玻璃微珠的親水性，開發一種輕質高強的絕熱保溫材料。本發明的另一目的是提供一種工藝簡單，成本低廉的該材料低的制備方法。
[0006]本發明的技術如下:
[0007]一種空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料的方法，步驟如下:
[0008](I)空心玻璃微珠表面改性處理:使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中并且分散開來，加入水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7 ;放入恒溫干燥箱中80°C干燥15~24小時，直至微珠完全干燥；
[0009](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為25~50%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯；
[0010](3)干燥和燒結:將制得生坯在70°C的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2~4小時，直至試樣完全干燥，然后于馬弗爐中燒結，燒結溫度為650~750°C。
[0011]所述的氫氟酸溶液濃度優選為0.4%。
[0012]所述的空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中的微珠的質量分數通常不超過10%。
[0013]所述的圓柱形試樣直徑為毫米級。圓柱形試樣優選直徑為10mm。
[0014]本發明所制備的一種輕質高強的絕熱保溫材料，由表面改性的空心玻璃微珠和磷酸鉻鋁粘結劑組成，微珠經過氫氟酸改性之后，微珠表面的微粒消失，表面光滑(見附圖1和2)，親水性得到很大的改善；磷酸鉻鋁很好地潤濕其表面，粘結微珠制得的輕質保溫材料密度低，強度高，導熱系數低。親水性得到極大改善。水基的磷酸鉻鋁粘結劑能很好地潤濕微珠，將其連接，所制備的絕熱保溫材料密度0.40~0.48g/cm3,抗壓強度4.4~ 13.57MPa。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明中玻璃微珠改性前的SEM圖；
[0016]圖2為本發明中實施例中2的玻璃微珠表面改性后的SEM圖；
[0017]圖3為本發明中實施例中3的絕熱保溫材料的SEM圖。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:
[0019]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0020](I)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌5min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0021](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為25%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0022](3)干燥和燒結:將制得生坯在70V的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結700°C。
[0023]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.4245g/cm3,顯氣孔率為 28.12%，抗壓強度為 6.994MPa。
[0024]實施例2:
[0025]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌5min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0027](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為40%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。[0028](3)干燥和燒結:將制得生坯在70°C的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結700°C。
[0029]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.435g/cm3，顯氣孔率為 33.57%，抗壓強度為 7.276MPa。
[0030]實施例3:
[0031]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0032](I)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌5min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0033](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為55%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0034](3)干燥和燒結:將制得生坯在70V的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2
[0035]小時，于馬弗爐中燒結700°C。
[0036]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.472g/cm3，顯氣孔率為 31.09%，抗壓強度為 6.87IMPao
[0037]實施例4:
[0038]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0039](I)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中`，電磁攪拌7min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0040](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為40%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0041](3)干燥和燒結:將制得生坯在70°C的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結700°C。
[0042]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.472g/cm3，顯氣孔率為 31.09%，抗壓強度為 6.87IMPao
[0043]實施例5:
[0044]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0045](I)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌7min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。[0046]( 2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為40%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0047](3)干燥和燒結:將制得生坯在70V的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結700°C。
[0048]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.472g/cm3，顯氣孔率為
31.09%，抗壓強度為 6.871MPao
[0049]實施例6:
[0050]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0051](1)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌5min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0052](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為40%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑IOmm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0053](3)干燥和燒結:將制得生坯在70V的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結650°C。
[0054]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.437g/cm3，顯氣孔率為
32.23%，抗壓強度為 6.205MPa。
[0055]實施例7:
[0056]本發明具體實施例中，絕熱保溫材料的制備方法，包括以下步驟:
[0057](1)空心玻璃微珠表面改性處理:電子天平稱取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度為0.4%的氫氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中，電磁攪拌5min,停止攪拌加入大量水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至PH為7。放入恒溫干燥箱中80°C干燥24小時。
[0058](2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為40%的磷酸鉻鋁溶液混合，攪拌均勻，使用直徑10mm圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液壓機可能會因壓力過大導致空心玻璃微珠破碎從而影響最終試樣保溫隔熱性能，因此人工壓制成型即可。
[0059](3)干燥和燒結:將制得 生坯在70V的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥 2小時，于馬弗爐中燒結750°C。
[0060]本實施例中所制得的絕熱保溫材料的體積密度為0.424g/cm3，顯氣孔率為 40.36%，抗壓強度為 5.863MPa。
【權利要求】
1.一種空心玻璃微珠表面改性制備絕熱保溫材料的方法，其特征是步驟如下:(1)空心玻璃微珠表面改性處理:使空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中并且分散開來，加入水稀釋，將被腐蝕的空心玻璃微珠過濾出來，水洗直至pH為7 ;放入恒溫干燥箱中80°C干燥15~24小時，直至微珠完全干燥；(2)絕熱保溫材料的成型:將空心玻璃微珠與濃度為25~50%的磷酸鉻鋁溶液混合， 攪拌均勻，使用圓柱形試樣壓制模具壓制成生坯；(3)干燥和燒結:將制得生坯在70°C的潮濕環境下干燥48小時，取出后室溫干燥2~ 4小時，直至試樣完全干燥，然后于馬弗爐中燒結，燒結溫度為650~750°C。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是氫氟酸溶液濃度為0.4%。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是空心玻璃微珠完全浸沒于氫氟酸溶液中的微珠的質量分數通常不超過10%。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是圓柱形試樣直徑為毫米級。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是圓柱形試樣直徑10mm。
6.如權利要求1所述的方法，其特征是所制備的絕熱保溫材料密度0.40~0.48g/cm3, 抗壓強度4.4~13.57MPa。
【文檔編號】C04B14/22GK103601387SQ201310581052
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】楊德安, 申娜娜, 袁利娜 申請人:天津大學