中空微球体制造技术

本发明专利技术提供了中空微球体，其包含：基于所述中空微球体所源自的进料组合物的总重量计至少45重量%的回收玻璃，其中所述中空微球体具有小于1.25g/cm3的密度，在20%体积减少时大于20MPa的强度并且具有基本上单一胞状结构。本发明专利技术还提供了中空微球体，其包含：回收玻璃和玻璃进料的共混物，其中所述中空微球体具有小于1.25g/cm3的密度并且是由基本上不含添加的有效发泡剂的进料组合物制成的。本发明专利技术提供了制备中空微球体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】中空微球体本专利技术涉及中空微球体。本专利技术还涉及一种用于制备中空微球体的喷雾干燥方法。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了中空微球体，其包含：基于中空微球体所源自的进料组合物的总重量计的至少45wt%的回收玻璃，其中所述中空微球体具有小于1.25g/cm3的密度，在20%体积减少时的强度大于20MPa，并且具有基本上单一胞状结构。在另一方面，还提供了中空微球体，其包含：回收玻璃和其它玻璃进料的共混物，其中所述中空微球体具有小于1.25g/cm3的密度，并且是由基本上不含添加的有效发泡剂的进料制成的。在另一方面，提供了制备中空微球体的方法，其包括：提供包含回收玻璃粒子的进料组合物，形成回收玻璃粒子以及硼酸和氧化硼中至少一种的含水分散体，将所述含水分散体喷雾干燥以形成球形玻璃聚集体，并且加热所述聚集体以形成中空微球体，其中所述中空微球体具有基本上单一胞状结构。本公开的上述
技术实现思路
并非意图描述本专利技术的每一个实施例。本专利技术的一个和多个实施例的细节还在下面的描述中示出。本专利技术的其他特征、目标和优点根据说明书和权利要求书将是显而易见的。附图说明图1是根据实例6的单一胞状结构中空微球体的光学显微图像。具体实施方式如本文所用的术语“玻璃”包括所有无定形固体或可以用于形成无定形固体的熔体，其中用于形成这种玻璃的原材料包括各种氧化物和矿物。这些氧化物包括金属氧化物。如本文所用的术语“回收玻璃”表示任何通常可用的废物玻璃。用于本公开中的回收玻璃包括先前制造和使用的硅酸盐玻璃，诸如，例如，碱石灰硅酸盐玻璃。碱石灰硅酸盐玻璃通常用于玻璃瓶、玻璃窗等的制造。如本文所用的术语“玻璃粉”表示适合的玻璃态材料，代表性例子包括美国专利No.2,978,340（Veatch等人）；3,030,215（Veatch等人）；3,129,086（Veatch等人）；和3,230,064（Veatch等人）；3,365,315（Beck等人）；和4,391,646（Howell）中所描述的那些，这些专利的公开内容全文以引用方式并入本文中。术语“玻璃进料”表示用于生产中空微球体的回收玻璃、磨碎并且任选地分类的玻璃粉，和/或它们的组合。术语“进料组合物”表示与所有其它批料组分（诸如金属氧化物粉末）以及少量的添加剂（诸如粘结剂）混合的玻璃进料。已在多个参考文献中公开了某些类型的中空微球体和用于制备它们的方法。例如，这些参考文献中的一些公开了一种使用玻璃形成组分的同时熔融和熔融物质的膨胀来制备中空微球体的方法。其它参考文献公开了加热含有无机气体形成剂或发泡剂的玻璃组合物，和加热该玻璃至足以释放发泡剂的温度。其它参考文献公开了一种方法，包括通过湿粉碎来粉碎材料以获得粉末状粉末材料的浆液，喷射所述浆液以形成液滴，并加热所述液滴以熔合或烧结粉末材料以便获得无机微球体。其它参考文献公开了一种用于通过在夹带流反应器中于部分氧化条件下采用谨慎控制的时间-温度过程处理精确配制的进料混合物来制备低密度微球体的方法。中空微球体可以由多种方法和材料制成，其包括，例如，珍珠岩、喷雾干燥的硅酸钠和火焰处理形成的玻璃粒子。通常，由这些方法和材料制成的产品是多胞状的、易破的、非化学耐受的，或具有其它限制特性。对于一些应用，需要连贯的高质量单一胞状微球体。特别期望获得高强度对密度比。要获得高强度对密度比，已使用了精心调整的玻璃组合物、进料组分和/或发泡剂以及特定的加工步骤，诸如预熔化所述批料组合物。使用包括大量回收玻璃的玻璃进料，这些方法无一连贯地提供高质量（诸如，例如，低密度和高强度）的中空微球体。本专利技术提供了由包括回收玻璃的进料组合物制成的高质量中空微球体。如本文所用的术语“高质量”表示具有基本上单一胞状结构、密度小于1.25g/cm3并且在20%体积减少时的强度大于20MPa的中空微球体。在一些实施例中，高质量中空微球体是由基本上不含添加的有效发泡剂的进料制成的。如上所述，中空微球体通常是由精心调整的玻璃进料组合物制成的。因此，意外的是，当使用包含至少45重量%的初始设计用于中空微球体之外的应用的回收玻璃的进料组合物时，可以获得高质量的中空微球体。平均直径小于约100微米的中空微球体（膨胀的微球体）对许多用途具有宽泛的实用性，其中多个用途需要具体尺寸、形状、密度和强度特性。例如，中空微球体在工业中作为聚合物型化合物的添加剂广泛使用，其中它们可以用作调节剂、增强剂、硬化剂（rigidifier）和/或填料。通常，希望的是，中空微球体是强效的以避免在聚合物型化合物的进一步加工期间诸如被高压喷射、捏合、挤出或注模而压碎或破裂。希望的是，提供一种用于制备中空微球体的方法，其允许控制所得中空微球体的尺寸、形状、密度和强度。中空微球体通常通过加热研磨的玻璃料（常常称为“进料”，其含有发泡剂）制成。发泡剂通常以基于玻璃组合物的总重量计的大于约0.12重量%的量存在于所述玻璃组合物中。用于制备中空微球体的已知方法包括以下步骤：玻璃熔化、玻璃粉磨碎和中空微球体的火焰处理形成。该方法的关键在于，在用火焰处理形成中空微球体之前用于形成中空微球体的玻璃组合物必须包含一定量的发泡剂。发泡剂通常是当加热时通过燃烧、蒸发、升华、热分解、气化或扩散中的一种或多种释放发泡气体的化合物或组合物。发泡剂还被称为泡沫剂或膨胀剂。已将结构或化学束缚水描述为发泡剂；然而，不希望受理论束缚，据信当使用相对较高熔点的玻璃组合物时，结构/化学束缚水在该过程中过早除去从而不能成为有效的发泡剂。非有效发泡剂的发泡剂的使用可能会产生变形的泡和/或固体珠。因此，并非所有释放气体的化合物或组分都是用于形成高质量中空玻璃微球体的有效发泡剂。有效的发泡剂以特定速率和温度释放气体以与熔化的玻璃相互作用并在其中产生中空腔，从而形成中空微球体。已知预溶解的硫或硫酸盐是有效的发泡剂，但是一般需要小心处理定制熔化的玻璃。还已描述了向细碎的玻璃组分混合物中添加硫酸盐，并且为了成功的气泡形成，一般需要非常明确的、高度调整的玻璃组合物。低温气体形成剂，诸如具有结构/化学束缚水的化合物、可燃有机物和含碳材料，潜在地可以是有用的，但是在火焰处理中可能也是相对低效的或甚至会干扰玻璃熔化和均化，从而导致产生低质量气泡。在这些方法的一些中，必要的是熔化玻璃组合物两次，一次是在批料熔化以溶解玻璃中的发泡剂期间，另一次是在形成中空微球体期间。因为玻璃组合物中发泡剂的挥发性，批料熔化步骤限于相对较低温度，在此期间批料组合物变得对用于批料熔化步骤的熔化槽的耐火材料十分具有腐蚀性。批料熔化步骤还需要相对长的时间且必须保持用于批料熔化步骤的原材料粒子的尺寸很小。这些问题导致所得中空微球体的成本增加和潜在杂质增加。希望的是，提供一种用于制备基本上不含发泡剂的中空微球体的方法。照此，本专利技术提供了一种用于制备中空微球体的方法，其中在进料玻璃熔化和玻璃粉磨碎步骤期间不添加有效发泡剂，诸如预溶解的硫或硫酸盐、可燃有机物和含碳材料。可以（例如）通过粉碎和/或磨碎碱石灰硅酸盐回收玻璃来制备在本专利技术中有用的进料。在一些实施例中，所述进料含有与其它类型的适合组分共混的回收玻璃，所述适合组分诸如，例如，其它类型的适合的玻璃和/或各个氧化物组分。用于与本专利技术所公开的进料的回收玻璃共混的示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.07 US 61/449,8081.制备中空微球体的方法，其包括：提供包含回收玻璃粒子的进料组合物，所述进料组合物包含基于所述进料组合物的总重量计小于0.05重量％的添加的有效发泡剂，形成回收玻璃粒子以及硼酸和氧化硼中至少一种的含水分散体，将所述含水分散体喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚钢，肯顿·D·巴德，迈克尔·J·施泰格，简·A·坦格曼，拉里·R·维瑟，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：