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空心玻璃微珠的制备方法、最新产品开发进展、未来市场规模

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-08-03  来源:DT高分子在线  浏览次数:85
核心提示:  空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体,属无机非金属材料。典型粒径范围10-180微米,堆积密度0.1-0.25克/立方厘米,具有

  空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体,属无机非金属材料。典型粒径范围10-180微米,堆积密度0.1-0.25克/立方厘米,具有质轻、低导热、隔音、高分散、电绝缘性和热稳定性好等优点,是2008年来发展起来的一种用途广泛、性能优异的新型轻质材料。

颜色纯白,可广泛用于任何对外观颜色有要求的制品中。

比重轻体积大。空心玻璃微珠的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。

具有有机改性(亲油性)表面。空心玻璃微珠润湿分散容易,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。

高分散、流动性好。由于空心玻璃微珠是微小圆球,在液体树脂中要比片状、针状或不规则形状的填料更具有较好的流动性,所以充模性能优异。更重要的是这种小微珠是各向同性的,因此不会产生因取向造成不同部位收缩率不一致的弊病,保证了产品的尺寸稳定,不会翘曲。

隔热、隔音、绝缘、吸水率低。空心玻璃微珠的内部是稀薄的气体,所以它具有隔音、隔热的特性,是做为各种保温、隔音产品的极佳填充剂。空心玻璃微珠的隔热特性还可用于保护产品经受急热和急冷条件之间交替变化而引起的热冲击。较高的比电阻,极低的吸水率使其可广泛用于加工生产电缆绝缘材料。

吸油率低。球体的微粒决定了其有最小的比表面积及低吸油率,使用过程中可大大减少树脂的用量,即使在高添加量的前提下粘度也不会增大很多,大大改善了生产操作条件,可使生产效率提高10%~20%。

据世界专利数据库统计,近30年来,国内外涉及空心玻璃微珠的发明有50多项,其中一半为制备,另一半为应用。近十五年来涉及空心玻璃微珠制备的专利不到1/3,其余2/3为应用,可见空心玻璃微珠已进入应用发展阶段。

空心玻璃微珠常见的制备方法

1玻璃粉末法

  玻璃粉末法是用预先制备好的含有SO3等气体玻璃粉末,通过温度1100-1500℃的火焰,这时溶解在玻璃粉末中的SO3等气体由于溶解度的下降和窑炉环境气氛的变化从玻璃内部溢出,同时玻璃粉末在高温下由于表面张力的原因球形化,将溢出气体封闭在球形颗粒内,形成空心玻璃微珠。

优点:可设计多种玻璃体系、产品种类多、产品质量高,适合高性能空心玻璃微珠;

缺点:空心玻璃微珠产率低,成本高。

2 喷射造粒法

  喷射造粒法是预先制成含有辅助专用试剂(硼酸、尿素、五硼酸铵)的硅酸钠水溶液,然后再通过喷嘴将该溶液喷射到喷雾干燥器中,料滴经过干燥后得到具有一定粒度组成的粉末颗粒,最后将粉末颗粒加热发泡形成空心玻璃微珠。美国3M公司最早使用这种工艺生产空心玻璃微珠,由于该工艺在产品的化学稳定性和均质性等方面存在不足,人们通过研究在其中加入具有低熔点、高粘度、高表面张力趋向的金属氧化物,以提高空心玻璃微珠性能。我国目前市场上销售的空心玻璃微珠都是以此方法生产的。

 

优点:空心率高,成本相对低;

缺点:物理和机械性能,特别是抗压强度性能是要远低于玻璃粉末法生产的空心玻璃微珠。

3 液滴法

  液滴法采用与喷射造粒法基本相同的原料,采用原料为水玻璃(m(SiO2):m(Na2O)=2)500份,加入同量10%五硼酸铵水溶液,混合均匀后喷至喷雾干燥塔中,干燥后制得空心玻璃微珠。

 

4 干燥凝胶法
 

  将醇盐配料后加入稀盐酸中加水分解,凝胶化后在60℃、150℃下两阶段干燥为干燥凝胶,然后用球磨机粉碎,分级后得到干燥凝胶粉,投入立式1280℃电炉中发泡,制得空心玻璃微珠。

  除以上四种方法,还有一些其他方法,如降解芯轴技术法等,但是都还处于研究阶段,产量低、成本高,所以对工业化生产没有多大意义。

国内外空心玻璃微珠发展现状

  目前,国际上技术领先并能够大量生产和经营空心玻璃微珠的著名企业有:美国Potters公司、3M公司、Emerson&Cuming公司、比利时Glaverbel公司、Pittsburgh Corning公司、Philadephia Quartz公司等。国内目前有20多家企业从事玻璃微珠的生产和应用。

凯盛科技集团公司

永清县海宇玻璃微珠有限公司

廊坊锦久辰玻璃微珠有限公司

廊坊义友玻璃制品有限公司     

永清县百路源玻璃制品有限公司    

廊坊市森诺玻璃微珠有限公司

固安县恒远工贸有限公司

中科雅丽科技有限公司

永清县霞光玻璃微珠有限公司

中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司

廊坊市澳澜玻璃微珠有限公司

郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司

艾森国际控股集团有限公司

湖北汇尔杰新材料科技股份有限公司   

北京特保防静电器材厂

上海汇精亚纳米新材料有限公司

北京微纳超细材料有限公司

广州市海达超细材料有限公司

山西海诺科技股份有限公司

秦皇岛三联瑞森玻璃珠有限公司

  同国外空心玻璃微珠相比,我国产品的主要技术指标已接近或达到了国外同类产品的先进水平,虽然我国已经有一些相关的研究成果,但产品品种较少,规格不齐全。我国对于一些有特殊性能的空心玻璃微珠的研制技术有待进一步深入研究和开发。

空心玻璃微珠的应用

  空心玻璃微珠的应用领域非常广泛,可以应用在以下几大领域:

1橡胶塑料制品

  在橡胶制品方面,空心玻璃微珠作为填充剂,其填充量达40~80%,能将橡胶制品的强度提高,耐磨性增大,主要性能优于其它填料。

2复合泡沫塑料

  将空心玻璃微珠加入到液体热固树脂中制成复合泡沫塑料,其密度低、强度高、隔热效果好,在航海深潜中意义重大!中国“蛟龙号”创造我国载人深潜新纪录,空心玻璃微珠发挥了十分重要的作用!

3人造大理石

  在人造大理石生产中填充适当的空心玻璃微珠,可改善人造大理石纹理布局及颜色的连续性,降低固化时间,改善冲击强度,提高抗龟裂能力,降低破损率,同时改善机械加工性,减小后处理工具的磨损,且便于搬运及安装。

4胶粘剂和密封材料

  空心玻璃微珠具有不燃性、隔热性、电绝缘性和化学惰性,配制成微球胶粘剂或微球密封剂,可用于飞机舱内地板或发动机舱防火墙的密封,或用作导弹、火箭等宇航系统的绝热防烧蚀密封。

5乳化炸药

  空心玻璃微珠的密度、粒径、抗压强度及化学组成可调整性,是其它乳化炸药密度调节剂无法做到的,空心玻璃微珠能有效提高炸药的可控度和爆轰性能,显著提高炸药的储存期和储存稳定性。

6涂料

  高效的填充性,低吸油量,密度低,添加5%(重量百分比)能使成品增多25%~35%涂覆面积百分比,从而降低涂料的单位体积成本。

7其他

  空心玻璃微珠粉体密度较小,对其表面进行金属化处理后,可以取代密度较大的金属粉体用于电磁波吸收或电磁屏蔽材料的制备。


 

空心玻璃微珠的最新应用进展

  2014年,朗盛推出新尼龙6树脂---DurethanBG60 X XF尼龙6材料。该产品添加60%的特殊玻纤和玻璃微珠混合物。其刚度及强度和Durethan DP BKV60 H2.0 EF一样高。朗盛研发工程师Theiler说:"该材料最独特的特性是其伸缩具有显著的多向性,因此几乎不会让零部件出现翘曲。"其主要应用机会包括平板电脑的薄壁高刚性背壳,但也可用于汽车内饰。采用量产模具的试生产已经证实了该材料具备多种优点,而且表面质量也有改善。

  2016年,3M采用玻璃微珠生产农用塑膜,玻璃微珠还可增加薄膜的白度,用于替代钛白粉。这种材料可大面积扩大光照,有利于作物的生长。

  2016年,华曙高科开发成功可3D打印的玻璃微珠复合尼龙粉末材料 FS3400GF,该产品最大优势是采用了球型的玻璃微珠填充尼龙,不但成型加工性能优异,而且能帮助客户降低成本。同时,耐磨性能好,模量高,相对纯尼龙材料刚性更高,适用于制备功能测试工件。另外,热变形温度较高,制造的产品工件翘曲变形小,具有优异的尺寸稳定性,工件质量稳定。

  2017年,《水性纳米中空玻璃微珠保温隔热材料应用技术规程》在北京通过专家评审。

对于空心玻璃微珠市场的展望

  空心玻璃微珠国际市场需求量巨大,国内年需求量在90000t以上,国内年需求量在6000t以上,西欧工业发达国家及太平洋一带国家的微珠产品大部分靠进口,日本需求量的90%依靠进口。

我国一汽、二汽等六大汽车制造厂2010年应用微珠达到30万t,国内工程塑料需求微珠数量巨大。2010年全球玻璃微珠的市场总额为20亿美元,根据预测,该市场总额以每年平均增长率为11.6%的速度递增,保守估计,到2020年或将突破50亿美元,由此可见,空心玻璃微珠具有着广阔的市场应用前景。

 
关键词: 玻璃微珠
 
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