空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料的方法
【专利摘要】本发明涉及一种空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料及制备方法。使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中并且分散开来，加入水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至pH为7；放入恒温干燥箱中80℃干燥15～24小时，直至微珠完全干燥；将空心玻璃微珠与浓度为25～50%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用圆柱形试样压制模具压制成生坯；将制得生坯在70℃的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥2～4小时，直至试样完全干燥，然后于马弗炉中烧结，烧结温度为650～750℃。本发明所制备的保温材料，绝热保温材料密度0.40～0.48g/cm3，抗压强度4.4～13.57MPa。
【专利说明】空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于保温材料领域。涉及一种空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料的方法。
【背景技术】
[0002]空心玻璃微珠是中空的，内含惰性气体的微小球形材料，从宏观上看是纯白色的粉末。其粒径大小不等，最小颗粒粒径为2 iim，其平均粒径为35 iim，壁厚约为其直径的 10%。其空心的特性使其具有比重轻体积大的特点，密度约是传统填充料微粒密度的十几分之一，填充后可大大减轻产品的基重，替代及节省更多的生产用树脂，降低产品成本。此外， 空心玻璃微珠还具有抗压强度高、熔点高、电阻率高、热导系数和热收缩系数小等特点，它被誉为21世纪的“空间时代材料”。
[0003]空心玻璃微珠主要化学成分为碱石灰硼娃酸盐玻璃，化学式可表不为 Na2O-B2O3-SiO20具有中空、质轻、导热系数低、电绝缘强度高、化学稳定性好、隔音、耐火、耐辐射等一系列优异性能，广泛应用于复合材料、乳化炸药、石油化工、建筑材料、涂料工业、 航天航海等领域。市售的微珠一般都经过了疏水性处理，具有改性(亲油性)表面，可填充于大多数热固热塑性树脂中，如聚酯、环氧树脂、聚氨酯等。
[0004]由于本课题初期采用无机的粘结剂磷酸铬铝水溶液将其粘结，结果发现试样高温处理，磷酸铬铝粘结剂自身发生团聚，不能够润湿微珠的表面，导致连接微珠的粘结剂的用量多，粘结效果不佳，以至于制品密度大，强度和保温性能降低。因此采用氢氟酸对玻璃微珠进行亲水性处理，改善微珠表面的润湿性。在此基础上，以水基的磷酸铬铝作为粘结剂， 连接玻璃微珠，提高制品的强度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是改`善玻璃微珠的亲水性，开发一种轻质高强的绝热保温材料。本发明的另一目的是提供一种工艺简单，成本低廉的该材料低的制备方法。
[0006]本发明的技术如下:
[0007]一种空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料的方法，步骤如下:
[0008](I)空心玻璃微珠表面改性处理:使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中并且分散开来，加入水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7 ;放入恒温干燥箱中80°C干燥15~24小时，直至微珠完全干燥；
[0009](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为25~50%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用圆柱形试样压制模具压制成生坯；
[0010](3)干燥和烧结:将制得生坯在70°C的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2~4小时，直至试样完全干燥，然后于马弗炉中烧结，烧结温度为650~750°C。
[0011]所述的氢氟酸溶液浓度优选为0.4%。
[0012]所述的空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中的微珠的质量分数通常不超过10%。
[0013]所述的圆柱形试样直径为毫米级。圆柱形试样优选直径为10mm。
[0014]本发明所制备的一种轻质高强的绝热保温材料，由表面改性的空心玻璃微珠和磷酸铬铝粘结剂组成，微珠经过氢氟酸改性之后，微珠表面的微粒消失，表面光滑(见附图1和2)，亲水性得到很大的改善；磷酸铬铝很好地润湿其表面，粘结微珠制得的轻质保温材料密度低，强度高，导热系数低。亲水性得到极大改善。水基的磷酸铬铝粘结剂能很好地润湿微珠，将其连接，所制备的绝热保温材料密度0.40~0.48g/cm3,抗压强度4.4~ 13.57MPa。 【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明中玻璃微珠改性前的SEM图；
[0016]图2为本发明中实施例中2的玻璃微珠表面改性后的SEM图；
[0017]图3为本发明中实施例中3的绝热保温材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:
[0019]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0020](I)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌5min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0021](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为25%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0022](3)干燥和烧结:将制得生坯在70V的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结700°C。
[0023]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.4245g/cm3,显气孔率为 28.12%，抗压强度为 6.994MPa。
[0024]实施例2:
[0025]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0026](I)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌5min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0027](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为40%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。[0028](3)干燥和烧结:将制得生坯在70°C的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结700°C。
[0029]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.435g/cm3，显气孔率为 33.57%，抗压强度为 7.276MPa。
[0030]实施例3:
[0031]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0032](I)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌5min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0033](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为55%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0034](3)干燥和烧结:将制得生坯在70V的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2
[0035]小时，于马弗炉中烧结700°C。
[0036]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.472g/cm3，显气孔率为 31.09%，抗压强度为 6.87IMPao
[0037]实施例4:
[0038]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0039](I)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠2g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中`，电磁搅拌7min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0040](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为40%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0041](3)干燥和烧结:将制得生坯在70°C的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结700°C。
[0042]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.472g/cm3，显气孔率为 31.09%，抗压强度为 6.87IMPao
[0043]实施例5:
[0044]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0045](I)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌7min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。[0046]( 2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为40%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0047](3)干燥和烧结:将制得生坯在70V的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结700°C。
[0048]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.472g/cm3，显气孔率为
31.09%，抗压强度为 6.871MPao
[0049]实施例6:
[0050]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0051](1)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌5min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0052](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为40%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径IOmm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0053](3)干燥和烧结:将制得生坯在70V的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结650°C。
[0054]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.437g/cm3，显气孔率为
32.23%，抗压强度为 6.205MPa。
[0055]实施例7:
[0056]本发明具体实施例中，绝热保温材料的制备方法，包括以下步骤:
[0057](1)空心玻璃微珠表面改性处理:电子天平称取空心玻璃微珠5g，加入100ml溶度为0.4%的氢氟酸溶液中，使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中，电磁搅拌5min,停止搅拌加入大量水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至PH为7。放入恒温干燥箱中80°C干燥24小时。
[0058](2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为40%的磷酸铬铝溶液混合，搅拌均匀，使用直径10mm圆柱形试样压制模具压制成生坯。由于空心玻璃微珠空心壁薄，使用液压机可能会因压力过大导致空心玻璃微珠破碎从而影响最终试样保温隔热性能，因此人工压制成型即可。
[0059](3)干燥和烧结:将制得 生坯在70V的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥 2小时，于马弗炉中烧结750°C。
[0060]本实施例中所制得的绝热保温材料的体积密度为0.424g/cm3，显气孔率为 40.36%，抗压强度为 5.863MPa。
【权利要求】
1.一种空心玻璃微珠表面改性制备绝热保温材料的方法，其特征是步骤如下:(1)空心玻璃微珠表面改性处理:使空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中并且分散开来，加入水稀释，将被腐蚀的空心玻璃微珠过滤出来，水洗直至pH为7 ;放入恒温干燥箱中80°C干燥15~24小时，直至微珠完全干燥；(2)绝热保温材料的成型:将空心玻璃微珠与浓度为25~50%的磷酸铬铝溶液混合， 搅拌均匀，使用圆柱形试样压制模具压制成生坯；(3)干燥和烧结:将制得生坯在70°C的潮湿环境下干燥48小时，取出后室温干燥2~ 4小时，直至试样完全干燥，然后于马弗炉中烧结，烧结温度为650~750°C。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是氢氟酸溶液浓度为0.4%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是空心玻璃微珠完全浸没于氢氟酸溶液中的微珠的质量分数通常不超过10%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是圆柱形试样直径为毫米级。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是圆柱形试样直径10mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是所制备的绝热保温材料密度0.40~0.48g/cm3, 抗压强度4.4~13.57MPa。
【文档编号】C04B14/22GK103601387SQ201310581052
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】杨德安, 申娜娜, 袁利娜 申请人:天津大学