一种空心玻璃微珠及其制备方法与应用与流程

一种空心玻璃微珠及其制备方法与应用与流程

本发明涉及隔热材料，具体涉及一种空心玻璃微珠及其制备方法与应用。

背景技术

1. 建筑领域被认为是能源消耗的主要领域之一，全球建筑消耗的能源占总能源消耗的40％左右。建筑结构中，由墙体散失的热量约占建筑领域总散热量的20％，夏季通过外墙吸收的热量约为建筑总吸收热量的30％，因此，建筑保温隔热是减少能耗的重要措施之一。保温隔热涂料作为一种新型涂料，涂刷在被施工表面能起到隔热保温作用，具有低能耗、低污染的特点，是目前为止最有效、最便捷的节能措施，能显著减少建筑物的热量积累、改善居住和工作环境，在节能减排方面具有重要的作用。

2. 空心玻璃微珠是一种微小、中空的圆球状粉末，具有重量轻、体积大、抗压强度高，且分散性、流动性和稳定性好的特点；现有空心玻璃微珠的组成为二氧化硅、氧化硼、氧化钠、二氧化钛、氧化铝、氧化钙、氧化铜，虽然具有良好的粘附力和化学稳定性，在涂料中应用广泛，但是保温隔热效果较差。

3. 因此，如何获得一种具有隔热保温效果的空心玻璃微珠，是本领域亟需解决的技术问题之一。

技术实现思路

1. 有鉴于此，本发明提供了一种具有隔热保温效果的空心玻璃微珠。

2. 本发明还提供了一种上述空心玻璃微珠的制备方法。

3. 第一方面，本发明提供一种空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠中包括以下组分：二氧化硅40wt％-65wt％、氧化硼5wt％-15wt％、氧化钠5wt％-15wt％、氧化亚铜2wt％-8wt％、氧化钡1wt％-5wt％、氧化铬2wt％-10wt％、氧化镍3.5wt％-7.5wt％、氧化锡1.5wt％-3wt％、碳化硅1wt％-5.5wt％。

4. 在一种可选的实施方式中，所述空心玻璃微珠中包括以下组分：二氧化硅45wt％-60wt％，氧化硼10wt％-15wt％，氧化钠8wt％-12wt％，氧化亚铜5wt％-8wt％，氧化钡2wt％-3.5wt％，氧化铬3wt％-8wt％，氧化镍3.5wt％-7wt％，氧化锡1.5wt％-2.5wt％、碳化硅2wt％-5wt％。

5. 在一种可选的实施方式中，所述空心玻璃微珠中包括以下组分：二氧化硅50wt％-55wt％，氧化硼10wt％-12wt％，氧化钠10wt％-12wt％，氧化亚铜5wt％-7wt％，氧化钡2wt％-3.5wt％，氧化铬6wt％-6.5wt％，氧化镍4wt％-6wt％，氧化锡1.5wt％-2wt％、碳化硅2wt％-3.5wt％。

6. 在一种可选的实施方式中，所述空心玻璃微珠的粒径为10μm-50μm。

7. 第二方面，本发明还提供了一种空心玻璃微珠的制备方法，包括以下步骤：

8. (1)称取石英砂、硼酸、纯碱、氧化亚铜、硫酸钡、氧化铬、氧化镍、氧化锡、起泡剂，混合后进行一次加热，得到熔融玻璃液；将所述熔融玻璃液快速冷却，研磨，得到内部含有气体的玻璃粉末；

9. (2)在400℃-800℃下对所述玻璃粉末进行二次加热，即得。

10. 在一种可选的实施方式中，所述石英砂、所述硼酸、所述纯碱、所述氧化亚铜、所述硫酸钡、所述氧化铬、所述氧化镍、所述氧化锡、所述碳化硅、所述起泡剂的质量比为40-65：8.88-26.64：8.55-25.65：2-8：1.52-7.61：2-10：3.5-7.5：1.5-3：1-5.5：4-8。

11. 在一种可选的实施方式中，所述起泡剂包括碳粉、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、二氧化锰中的至少一种。

12. 在一种可选的实施方式中，所述碳酸盐包括碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁中的至少一种。

13. 在一种可选的实施方式中，所述硫酸盐包括硫酸钠、硫酸钙中的至少一种。

14. 在一种可选的实施方式中，所述硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾中的至少一种。

15. 在一种可选的实施方式中，所述一次加热的温度为1100℃-1250℃，加热的时间为20min-60min。

16. 在一种可选的实施方式中，所述二次加热的时间为10min-30min。

17. 第三方面，本发明还提供了一种隔热涂料，包括空心玻璃微珠和水性涂料，所述空心玻璃微珠为上述空心玻璃微珠。

18. 在一种可选的实施方式中，所述空心玻璃微珠的质量占所述隔热涂料的5wt％-40wt％。

19. 在一种可选的实施方式中，所述水性涂料包括水性聚氨酯、水性聚丙烯酸树脂、水性硅丙涂料中的至少一种。

20. 第四方面，本发明还提供了一种上述隔热涂料在建筑领域中的应用。

21. 与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

22. 1. 本发明提供的空心玻璃微珠，空心玻璃微珠中包括以下组分：二氧化硅40wt％-65wt％、氧化硼5wt％-15wt％、氧化钠5wt％-15wt％、氧化亚铜2wt％-8wt％、氧化钡1wt％-5wt％、氧化铬2wt％-10wt％、氧化镍3.5wt％-7.5wt％、氧化锡1.5wt％-3wt％、碳化硅1wt％-5.5wt％。二氧化硅作为玻璃的主要成分，是玻璃的骨架，能够增加玻璃液的粘度，提高玻璃的机械强度，本发明限定二氧化硅含量为40wt％-65wt％，能够在满足空心玻璃微珠强度的同时降低玻璃液熔化温度，减少制备过程中的能源消耗，降低生产成本；氧化硼可以改善玻璃的物理和化学性质，提高玻璃的透明度、抗热性和耐腐蚀性，还可以降低玻璃的熔点和粘度，促进玻璃的流动性和成型性，含量过低会使玻璃液熔化温度增高，透明度降低，含量过多会使玻璃网络结构变得松弛，玻璃热膨胀系数增加，且与氧化钡共同作用影响空心玻璃微珠的折射率效果；氧化钠具有较低的熔点和良好的熔化性能，能大大降低玻璃液的粘度，是制造玻璃的助熔剂，可以降低玻璃的熔融温度，加速熔融速度，氧化钠含量过多，会使玻璃的化学稳定性、热稳定性以及机械强度大大降低，而且容易使玻璃发霉和使玻璃生产成本增加；氧化亚铜能增强空心玻璃微珠的硬度和耐磨性，还具有防腐作用，将其涂覆在金属材质上能显著减缓锈蚀；钡和其他金属均以氧化物存在，氧化钡不仅能降低玻璃熔融温度，还具有较高的折射率，能显著增强涂料的隔热降温性能；氧化锡具有良好的隔热性能和硬度，能显著增强涂料的隔热性能，提高涂料的和耐磨性和耐腐蚀性；氧化亚铜、氧化钡、氧化铬、氧化镍、氧化锡、碳化硅为空心玻璃微珠的功能成分，含量过高或过低会显著降低空心玻璃微珠的辐射率和折射系数，本发明分别限定其含量，能显著提高空心玻璃微珠的辐射率和折射系数，大大增强涂层的隔热保温性能。

23. 门窗关闭的情况下，热量主要通过热传导和热辐射传递到室内，氧化亚铜、氧化钡、氧化铬具有较高的反射系数，能够减少建筑物对热量的吸收。氧化镍、氧化锡、碳化硅具有较高的辐射系数，能够将热量以红外辐射的形式散发到室外空气中，从而降低建筑外表面温度。此外，氧化亚铜具有抗菌作用，能显著提高涂料表面清洁度，增强涂料隔热保温性能。

24. 空心玻璃微珠内部含有气体，不仅能提高涂层的弹性，防止涂层因热胀冷缩造成涂层开裂和脱落；还能增强涂层的防水、防污、防腐蚀性能等特性，降低涂料的单位体积成本；另外，空心玻璃微珠的球形表面对光具有反射作用，紧密排列的空心玻璃微珠内部含有的空气，能降低涂层的导热系数，进一步提高涂料具的隔热保温性能。

25. 2. 本发明提供的空心玻璃微珠的制备方法，限定二次加热温度为400℃-800℃，使内部含有空气的玻璃颗粒缓慢形成空心结构，得到的空心玻璃微珠厚度均匀，成品率较高；温度太高，容易造成玻璃微珠破裂，成品率较低。
26. 3. 本发明提供的隔热涂料，将隔热涂料涂覆在窗户玻璃表面，能够显著降低其导热系数(现有涂料的导热系数为0.06-0.2w/(m·k))，导热系数低至0.03-0.07w/(m·k)，减少夏天室外热量进入以及冬季室内热量流失，从而减少能耗。