使用微结构化模具制备无机金属氧化物球的方法技术

本发明专利技术提供一种用于制备无机金属氧化物球的方法，所述方法包括：将包含玻璃前体组合物的硬化的模制微粒暴露于足以使所述模制微粒转化成熔融玻璃的温度；以及将所述熔融玻璃冷却以形成无机金属氧化物球。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 體駄本专利技术涉及从模制微粒形成无机金属氧化物球。目前使用多种方法来制备玻璃小珠，所述玻璃小珠也称为玻璃微球。 这些方法常常需要对颗粒物质进行重复的粉碎及分类步骤，以便努力获得 具有相对窄的粒度分布的玻璃小珠。 一些玻璃小珠的制造方法包括产生 粒状进料材料，之后将该粒状进料材料通过熔融转化成玻璃。粒状进料材 料可以通过这样的步骤来形成粉碎玻璃颗粒(或在足够高的温度下加热 时能形成玻璃的组分)并且(例如)通过研磨来将粉碎的颗粒与诸如水之 类的挥发性液体充分共混。有时会加入诸如糊精或淀粉之类的粘结剂，以 使经研磨的颗粒原材料粘结在一起。然后，将经研磨的材料(例如)批量 干燥或通过将该组合物喷雾至保持高温的干燥气氛中来获得干燥的进料材 料。就喷雾干燥而言，干燥的团聚物可随后直接转化成玻璃。批量干燥的 进料材料通常表现为粉饼的形式。干燥的粉饼可以通过粉碎来转化成可用 的团聚物。可任选地，在粉碎前，可以烧结粉饼以使粉饼的某些组分预反 应。就批量干燥而言，必须将经粉碎的团聚物分类以获得粒度范围足够窄 的成品小珠。由于对团聚物进行分类增加了成本和能耗，因此是不期望 的。在经分类的团聚物产生后，可用多种熔融方法形成玻璃微球。在一种 熔融方法中，使原材料团聚物穿过温度足以使颗粒熔融的火焰并穿过足以 使熔融颗粒球化的一段距离。对于许多原材料而言，暴露于温度为约1500X:至约200(TC的火焰是足够的。然后，熔融颗粒在(例如)空气或水中淬火，从而得到固体小珠。可任选地，经淬火的颗粒可被粉粹成具有最终小 珠所需的较小尺寸的颗粒，然后进行进一步的加工。在其他方法中，将原 材料熔融、然后将熔融材料连续倾注入高速空气射流中。当射流与液体流 发生撞击时，形成熔滴。调节空气速度和熔体的粘度以便控制熔滴的尺 寸。然后，熔滴在(例如)空气或水中被迅速淬火，从而得到固体小珠。通过这种熔融方法形成的小珠通常由基本上为完全无定形的(即非晶态 的)玻璃质材料构成。所述小珠通常被称作"玻璃质的"、"无定形的" 小珠或微球、或简称为"玻璃"小珠或微球。通过液体玻璃雾化法形成的 小珠常常具有宽的粒度分布，因而需要对该产品进行分类(如筛选)，这 导致过高的成本和能耗。这些方法通常需要粉碎、分类或烧结的多个步骤来获得具有期望粒度 和粒度分布的颗粒。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术描述了一种用于制备无机金属氧化物球的方法， 该方法包括将包含玻璃前体组合物的硬化的模制微粒暴露于足以使该模 制微粒转化成熔融玻璃的温度；以及将该熔融玻璃冷却以形成无机金属氧 化物球。在一个实施例中，该方法用于制备玻璃微球，并且该方法包括将包 含玻璃前体组合物的硬化的模制微粒暴露于足以使该模制微粒转化成熔融 玻璃小滴的温度；使熔融玻璃小滴在该转化温度下保持足够长的一段时 间，从而使得该熔融玻璃小滴形成球；以及将熔融玻璃小滴冷却以形成玻 璃微球。本专利技术描述了有利于制备具有窄的粒度分布的无机金属氧化物球(如 玻璃小珠、玻璃-陶瓷小珠、玻璃粘结陶瓷小珠和结晶陶瓷小珠)的方法。 该方法还能够形成具有预定粒度的无机金属氧化物球，并能够根据需要调 节球的粒度。模制微粒的相对窄的粒度分布使得能够根据要形成的球的目标粒度来 调节用于使该模制微粒转化成熔滴的火焰，从而优化性能。就玻璃小珠而 言，模制微粒的窄的粒度分布使得能优化必需的玻璃化能，从而导致由此 制备的玻璃小珠具有更一致的折射率。在一些情况下，该方法可以减少或 消除对后续的热处理步骤(有时会进行该热处理步骤以改善微球的性能) 的需要。相对于现有的玻璃小珠制造方法，本专利技术提供了能从一种球的粒度、 球的化学性质或这两者迅速转换成另一种球的粒度、球的化学性质或所述两者的方法，在一些实施例中，该方法能够提高处理速度，减少与转换相 关的废物，并提高体系的整体利用率和产出率。通过以下对优选实施例、附图和所附权利要求书的说明，本专利技术的其 他特征和优点将显而易见。术语表在本专利技术中，这些术语具有如下所列的含义术语"无机金属氧化物球"是指玻璃球、玻璃-陶瓷球、玻璃粘结陶瓷 球、结晶陶瓷球或它们的组合。术语"玻璃"是指无机金属氧化物的熔，产物，其已经冷却成刚性状 态而不具有结晶性，使得其在用X射线衍射法测定时基本上为无定形的， 即至少95体积％为无定形的。术语"玻璃-陶瓷"是指这样一种无机金属氧化物其最初形成为玻 璃，该玻璃随后被去玻璃化，使得其至少具有部分结晶相和可任选的一些 残余的玻璃相。术语"去玻璃化"是指至少部分地从玻璃态转化成结晶态。 术语"玻璃粘结陶瓷"是指包含玻璃相和结晶相的无机金属氧化物。 术语"结晶陶瓷"是指具有少于1体积％的玻璃相的、基本上结晶性的 无机金属氧化物。术语"玻璃前体"是指当加热至足够高的温度并随后冷却时，能够形 成玻璃、玻璃-陶瓷、玻璃粘结陶瓷和结晶陶瓷中的至少一者的物质。术语"可处理的模制微粒"是指已经充分硬化而使得其在脱模时能保 持其模制形状的模制微粒。术语"球"是指基本上为(尽管也许不完全是)球形的颗粒，并且还 指小珠和泡两者。术语"小珠"是指基本上为(尽管也许不完全是)球形的实心颗粒。 术语"泡"是指基本上为(尽管也许不完全是)球形的空心颗粒。 术语"熔合的"是指通过熔融法来制备的。 术语"微球"是指直径小于约1毫米的球。 术语"微珠"是指直径小于约1毫米的小珠。术语"微泡"是指直径小于约1毫米的泡。术语"模制微粒"是指这样一种颗粒其因为在模具腔中形成而具有预定形状，并且其体积不大于8， 000， 000， 000|im3。 附图说明图1为一种方法的示意图，该方法使用根据本专利技术的一个示例性实施 例的微模具工具制备无机金属氧化物球。图2为一种方法的示意图，该方法使用根据本专利技术的另一个示例性实 施例的微模具工具制备无机金属氧化物球。图3为一种方法的示意图，该方法使用根据本专利技术的又一个示例性实 施例的微模具工具制备无机金属氧化物球。图4为生产工具的一部分的透视图。具体实施例方式用于制备无机金属氧化物球的方法包括以下步骤形成玻璃前体组合 物；用该玻璃前体组合物填充多个微模具腔；使玻璃前体组合物硬化(如 干燥、固化或它们的组合)以形成模制微粒；将模制微粒从模具腔中脱 模；使模制微粒穿过火焰以熔融该模制微粒，该模制微粒随后在它们继续 穿过火焰一段距离时形成熔滴；将熔滴淬火以形成硬化的球；以及收集所 得的无机金属氧化物球。在火焰中的驻留时间和熔融材料的移动路径长度 足以使得该熔融材料形成球形颗粒。该方法可用于形成无机金属氧化物 球，包括(例如)小珠、泡、微球(如微珠和微泡)、以及它们的组合。该方法可用于形成具有多种尺寸的球。该方法可特别用于形成球形或 基本上为球形的球(即相对于具有非线性圆周或为卵形或蛋形的小珠，多数小珠为圆球形的)。球可以具有多种特性，包括(例如)实心的、具 有至少一个内部空隙的、空心的、具有表面缺陷(如表面空隙)的、以及 它们的组合。对于许多应用而言，实心球是优选的。在其他应用中，空心 球是有用的。球可以具有任何期望的直径。优选的是，球的平均直径为约 lOjim至约2mm、至少约lO(im、至少约20jam、至少约50fim、至少约55(im、不大于约2mm、不大于约lmm、不大于约500|am、不大于约3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备无机金属氧化物球的方法，所述方法包括：　将硬化的模制微粒暴露于足以使所述模制微粒转化成熔融玻璃的温度，所述模制微粒包含玻璃前体组合物；以及　将所述熔融玻璃冷却以形成无机金属氧化物球。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维C克拉姆利奇，约翰L范登堡，马修H弗雷，斯科特R卡勒，凯瑟琳M舍克尔卡尔森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]