專利名稱：用于制備中空微球體的方法
用于制備中空微球體的方法本發(fā)明涉及一種用于制備中空微球體的方法。本發(fā)明還涉及可用于制備中空微球體的真空設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。在另一方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行，并且其中所述真空維持在等于或小于6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力下。在另一方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以進(jìn)料的至少 一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，并且其中所述真空維持在等于或小于33, 864Pa(IOinHg)的絕對(duì)壓力下。在另一方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述進(jìn)料包含選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少一種。在另一方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述進(jìn)料包含(a)介于50重量％和90重量％之間的Si02 ; (b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物；(c)介于I重量％和30重量％之間的B203 ； (d)介于O重量％至O. 5重量％之間硫；(e)介于O重量％和25重量％之間的二價(jià)金屬氧化物；(f)介于O重量％和10重量％之間的除Si02以外的四價(jià)金屬氧化物；(g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物；(h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和(i)介于O重量％和5重量％之間的氟。在另一方面，本發(fā)明提供一種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換為中空微球體條件下加熱所述進(jìn)料，并且還包括將所述進(jìn)料加熱到大于或等于所述進(jìn)料的軟化溫度的溫度。在又一方面，本發(fā)明提供一種中空微球體，其是使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。在另一方面，本發(fā)明提供一種中空微球體，其是使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行，其中所述真空維持在等于或小于6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力下。在另一方面，本發(fā)明提供一種中空微球體，其是使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行，其中所述真空維持在等于或小于33，864Pa(IOinHg)的絕對(duì)壓力下。在另一方面，本發(fā)明提供一種中空微球體，其是使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行，其中所述進(jìn)料包含選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少一種。在另一方面，本發(fā)明提供一種中空微球體，其是使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行，其中所述進(jìn)料包含(a)介于50重量％和90重量％之間的Si02 ； (b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物；(c)介于I重量％和30重量％之間的B203 ； (d)介于O重量％至O. 5重量％之間硫；(e)介于O重量％和25重量％之間的二價(jià)金屬氧化物；(f)介于O重量％和10重量％之間的除Si02以外的四價(jià)金屬氧化物；(g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物；(h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和
(i)介于O重量％和5重量％之間的氟。本公開的上述發(fā)明內(nèi)容并不旨在描述本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)還在以下描述中給出。本發(fā)明的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)從描述和權(quán)利要求中將顯而易見。
附圖
簡(jiǎn)要說明圖I為本發(fā)明公開的用于制備中空微球體的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的前剖視圖。圖2為本發(fā)明公開的用于制備中空微球體的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的前剖視圖。圖3為根據(jù)實(shí)例I制備的回收的玻璃中空微球體的光學(xué)圖像。圖4為根據(jù)實(shí)例5制備的玻璃中空微球體的光學(xué)圖像。圖5為按實(shí)例8中所述制備的珍珠巖中空微球體的光學(xué)圖像。
具體實(shí)施例方式如本文所用的術(shù)語“玻璃”包括所有無定形固體或可用于形成無定形固體的熔體，其中用于形成這種玻璃的原材料包括各種氧化物和礦物。這些氧化物包括金屬氧化物。如本文所用的術(shù)語“回收的玻璃”是指使用玻璃作為原材料形成的任何材料。如本文所用的術(shù)語“真空”是指低于101，592Pa(30inHg)的絕對(duì)壓力。平均直徑小于約500微米的中空微球體對(duì)許多用途具有寬泛實(shí)用性，其中多個(gè)用途需要具體尺寸、形狀、密度和強(qiáng)度特性。例如，中空微球體在工業(yè)中作為聚合物型化合物的添加劑廣泛使用，其中它們可以用作調(diào)節(jié)劑、增強(qiáng)劑、硬化劑(rigidifier)和/或填料。通常，希望中空微球體強(qiáng)度較高從而不在聚合物型配混物的進(jìn)一步加工期間例如被高壓噴射、捏合、擠出或注模壓碎或破裂。希望提供一種用于制備中空微球體的方法，其允許控制所得中空微球體的尺寸、形狀、密度和強(qiáng)度。中空微球體和用于制備它們的方法已在各種參考文獻(xiàn)中公開。例如，這些參考文獻(xiàn)中的一些公開一種使用玻璃形成組分的同時(shí)熔融和熔融物質(zhì)的伸展來制備中空微球體的方法。其他參考文獻(xiàn)公開加熱含有無機(jī)氣體形成劑、或發(fā)泡劑混合物的玻璃組合物，和加熱該玻璃至足以釋放發(fā)泡劑混合物的溫度。其他參考文獻(xiàn)公開一種方法，包括通過濕粉碎來粉碎材料以獲得粉末狀粉末材料的漿液，噴射所述漿液以形成液滴，并加熱所述液滴以熔合或燒結(jié)粉末材料以便獲得無機(jī)微球體。其他參考文獻(xiàn)公開一種用于通過在夾帶流反應(yīng)器中于部分氧化條件下采用謹(jǐn)慎控制的時(shí)間-溫度過程處理精確配制的進(jìn)料混合物來制備低密度微球體的方法。然而，這些參考文獻(xiàn)沒有提供這樣一種用于制備中空微球體的方法，其提供對(duì)由其制備的中空微球體的尺寸、形狀、密度和強(qiáng)度的控制。
除了尺寸、密度和強(qiáng)度以外，中空微球體的實(shí)用性可能取決于水敏感性和成本,其意味著優(yōu)選的是，用于制備中空微球體玻璃組合物包括相對(duì)高的二氧化娃含量。然而，玻璃組合物中較高的二氧化硅含量并不總是可取的，因?yàn)樵诔跏疾Ａе苽渲?，較高二氧化硅玻璃所需的較高溫度和較長(zhǎng)熔化時(shí)間降低可保留的發(fā)泡劑混合物的量，其阻止低密度玻璃氣泡的形成。為獲得低密度(例如小于O. 2g/cc)的中空微球體，很難在初始玻璃熔化操作期間保留足夠的發(fā)泡劑混合物。希望使用具有相對(duì)高的二氧化硅含量并同時(shí)產(chǎn)生低密度氣泡的玻璃組合物。中空微球體通常通過加熱研磨的熔塊(常常稱為“進(jìn)料”，其含有發(fā)泡劑混合物)制備。用于制備中空微球體的已知方法包括玻璃熔化、玻璃進(jìn)料研磨和使用火焰處理的中空微球體形成。該方法的關(guān)鍵在于，在用火焰處理形成中空微球體使之前用于形成中空微球體的玻璃組合物必須包含具體量的發(fā)泡劑混合物。發(fā)泡劑混合物通常為在高溫下分解的組 合物。示例性發(fā)泡劑混合物包括硫或硫和氧的化合物，其基于玻璃組合物的總重量計(jì)在玻璃組合物中以大于約O. 12重量％的發(fā)泡劑混合物的量存在。在這些方法中，必要的是熔化玻璃兩次，一次是在批料熔化以溶解玻璃中的發(fā)泡劑混合物期間，另一次是指形成中空微球體期間。因?yàn)椴ＡЫM合物中發(fā)泡劑混合物的揮發(fā)性，批料熔化步驟限于相對(duì)較低溫度，在此期間批料組合物變得對(duì)用于批料熔化步驟的熔化槽的耐火材料十分具有腐蝕性。批料熔化步驟還需要相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間且必須保持用于批料熔化步驟的玻璃粒子尺寸很小。這些問題導(dǎo)致所得中空微球體的成本增加和潛在雜質(zhì)增力口。希望提供一種不需要使用發(fā)泡劑混合物來制備中空微球體的方法?？捎糜诒景l(fā)明的進(jìn)料可以例如通過壓碎和/或研磨任何合適玻璃來制備。本發(fā)明中的進(jìn)料可以具有能夠形成玻璃的任何組合物，例如回收的玻璃、珍珠巖、硅酸鹽玻璃等等。在一些實(shí)施例中，基于總重量計(jì)，該進(jìn)料包含50至90%的SiO2, 2至20%的堿金屬氧化物，I至30%的B2O3,0至O. 5%的硫(例如，作為元素性硫)，O至25%的二價(jià)金屬氧化物(例如，Ca0、Mg0、Ba0、Sr0、Zn0、或PbO)，除SiO2以外的O至10%的四價(jià)金屬氧化物(例如，Ti02、MnO2、或ZrO2), O至20%的三價(jià)金屬氧化物(例如，Al203、Fe203、或Sb2O3,0至10%的五價(jià)原子的氧化物(例如，P2O5或V2O5),和O至5%的氟(如氟化物)，所述氟可充當(dāng)助熔劑以促進(jìn)玻璃組合物熔化。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料包含485g SiO2 (可購自US Silica, West Virginia,美國)，IHgNa2O. 2B203 (90% 小于 590 μ m), 16IgCaCO3 (90% 小于 44 μ m), 29gNa2C03, 3 . 49gNa2SO4 (60%小于74 μ m)和IOg Na4P2O7 (90%小于840 μ m)。在另一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料包含68. 02% 的 SiO2, 7. 44% 的 Na20,11. 09% 的 B2O3,12. 7% 的 CaCO3 和 O. 76% 的 P205。附加成分可用于進(jìn)料組合物中并且可被包含在進(jìn)料中(例如)以向所得中空微球體貢獻(xiàn)特定性質(zhì)或特性(例如，硬度或顏色)。在一些實(shí)施例中，上述進(jìn)料組成基本上不含發(fā)泡劑混合物。如本文所用的短語“基本上不含發(fā)泡劑混合物”是指基于進(jìn)料組合物的總重量計(jì)小于O. 12重量％的發(fā)泡劑混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料包含基于進(jìn)料組合物的總重量計(jì)的小于或等于約O. 12重量％的硫。在另一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料包含基于進(jìn)料組合物的總重量計(jì)約O重量％的硫。該進(jìn)料通常被研磨，并任選地被分類，以產(chǎn)生用于形成所需尺寸的中空微球體的合適粒度的進(jìn)料。適用于研磨進(jìn)料的方法包括(例如)使用珠磨機(jī)或球磨機(jī)、磨碎機(jī)、輥式開煉機(jī)、盤磨機(jī)、噴磨機(jī)、或它們的組合來研磨。例如，為制備用于形成中空微球體的合適粒度的進(jìn)料，進(jìn)料可以使用盤磨機(jī)來粗研磨(例如壓碎)，并隨后使用噴磨機(jī)來細(xì)研磨。噴磨機(jī)通常為三種類型螺旋式噴磨機(jī)、流化床噴磨機(jī)和對(duì)沖式噴磨機(jī)，但也可使用其他的類型。螺旋式噴磨機(jī)包括，例如，可以商品名“MICRONIZER JET MILL”得自Sturtevant，Inc. ,Hanover, Massachusetts ;商品名 “MICRON-MASTER JET PULVERIZER，，得自 The JetPulverizer Co. , Moorestown, New Jersey ;和商品名 “MICRO-JET” 得自 Fluid EnergyProcessing and Equipment Co.，Plumsteadville, Pennsylvania 的那些。在螺旋式噴磨機(jī)中，平面的圓柱研磨腔(flat cylindrical grinding chamber)被噴嘴環(huán)圍繞。將待研磨的材料作為粒子被噴射器引入到噴嘴環(huán)內(nèi)部。被壓縮流體的射流膨脹通過噴嘴并加速所述粒子，其通過互相撞擊導(dǎo)致尺寸下降。流化床噴磨機(jī)例如可以商品名“CGS FLUIDIZED BED JET MILL”得自NetzschInc., Exton, Pennsylvania ；商品名 “R0T0-JET” 得自 Fluid Energy Processing andEquipment Co.;和商品名 “ALPINE MODEL IOOAPG，，得自 Hosokawa Micron Powder 系統(tǒng)，Summit, New Jersey。這種類型的機(jī)器的下面部分為磨削區(qū)域。在所述磨削區(qū)域中的磨削噴嘴的環(huán)聚焦于中心點(diǎn)，并且所述磨削流體使被研磨的材料粒子加速。在材料的流化床內(nèi)發(fā)生尺寸降低，并且這項(xiàng)技術(shù)可顯著改進(jìn)能量效率。對(duì)沖式噴磨機(jī)類似于流化床噴磨機(jī)，不同之處在于至少兩個(gè)對(duì)沖的噴嘴加速粒子，這導(dǎo)致它們?cè)谥行狞c(diǎn)碰撞。對(duì)沖式噴磨機(jī)可例如商購于CCE Technologies, CottageGrove, Minnesota。一旦所述進(jìn)料已研磨，則將其給料至本發(fā)明公開的設(shè)備中，所述設(shè)備包括分配系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和收集器。現(xiàn)參見圖I和圖2，示出所公開設(shè)備10的兩個(gè)示例性實(shí)施例。 圖I和圖2中所不設(shè)備10包括具有細(xì)長(zhǎng)外殼20的分配系統(tǒng)12。細(xì)長(zhǎng)外殼20具有比水平壁24更長(zhǎng)的豎直壁22。取決于其中將被分配的進(jìn)料的類型和體積，選擇細(xì)長(zhǎng)外殼20的粒度和形狀。例如，細(xì)長(zhǎng)外殼20可以是球形的。圖I中所示的示例性細(xì)長(zhǎng)外殼20為球形并且具有約3. 81cm的直徑。圖2中所示的示例性細(xì)長(zhǎng)外殼20為球形并且具有約5. 08cm的直徑。細(xì)長(zhǎng)外殼20可以由適用于分配進(jìn)料32的任何材料制成，例如金屬、玻璃、樹脂等等和它們的組合的材料。例如，圖I中所示細(xì)長(zhǎng)外殼20完全由玻璃構(gòu)造，并且圖2中所示細(xì)長(zhǎng)外殼20包括玻璃豎直壁22和金屬水平壁24。細(xì)長(zhǎng)外殼20還包括在細(xì)長(zhǎng)外殼20內(nèi)豎直地保持居中的中空內(nèi)管26。取決于其中將被分配的進(jìn)料32的類型和體積，選擇中空內(nèi)管26的粒度和形狀。例如，中空內(nèi)管26可以為球形。圖I中所示的示例性中空內(nèi)管26為球形并具有約I. 27cm的直徑。圖2中所示的示例性中空內(nèi)管26為球形并具有約2. 54cm的直徑。中空內(nèi)管26在頂端28和底端30處開口，使得粒子或進(jìn)料32可以從中通過。如圖2所示，細(xì)長(zhǎng)外殼20還可以包括豎直延伸的凸起29，其從細(xì)長(zhǎng)外殼20的頂部恰好延伸至中空內(nèi)管26的頂端28上方，以便在豎直延伸凸起29和中空內(nèi)管26的頂端28之間提供間隙31。中空內(nèi)管26可以由適用于分配進(jìn)料32的任何材料制成，例如，金屬、玻璃、樹脂等等和它們的組合的材料。例如，圖I中所示中空內(nèi)管26完全由玻璃構(gòu)造并且圖2中所示中空內(nèi)管26完全由金屬構(gòu)造。細(xì)長(zhǎng)外殼20還包括頸狀物34。頸狀物34定義圖I中的接納進(jìn)料32和用于將進(jìn)料32流化和移動(dòng)至設(shè)備10中的中空內(nèi)管內(nèi)的載氣的入口。頸狀物34可以設(shè)置在分配系統(tǒng)12的豎直壁22或分配系統(tǒng)12的水平壁24的底部附近。例如，圖I中所示頸狀物34沿著最靠近加熱系統(tǒng)14的豎直壁22的一部分設(shè)置并且包括開口 36和水平延伸壁38。圖2中所示的示例性頸狀物34沿著水平壁24的一部分設(shè)置并且包括開口 36和豎直延伸壁40。圖2中所示的分配系統(tǒng)12具有兩個(gè)頸狀物34或可以沿著底部水平壁24的一部分具有更多頸狀物。圖2中所示的示例性頸狀物34很小，類似小孔。用于接納圖2所示進(jìn)料32的入口 35位于頂部水平壁24。中空內(nèi)管26的底端30操作性地連接到加熱系統(tǒng)14的入口 44。設(shè)備10可以包括介于中空內(nèi)管26的底端30和加熱系統(tǒng)14的入口 44之間的過渡部42。希望介于中空內(nèi)管26的底端30和加熱系統(tǒng)14的入口 44之間的過渡部42被密封以避免環(huán)境空氣引入至設(shè)備10中。例如，介于中空內(nèi)管26的底端30和加熱系統(tǒng)14的入口 44之間的過渡部42可以用O形環(huán)或任何其他類型的常規(guī)墊圈材料密封以避免環(huán)境空氣在操作期間進(jìn)入設(shè)備。設(shè)備10包括加熱系統(tǒng)14?？梢允褂萌魏问惺鄣募訜嵯到y(tǒng)，例如可商購自ThermalTechnology Inc. (California,美國)的 “Astro 1100-4080MI” 型爐。本領(lǐng)域技術(shù)人員可 了解，加熱系統(tǒng)14內(nèi)的溫度取決于各種因素，例如進(jìn)料32中所用材料的類型。在本發(fā)明公開的方法中，加熱系統(tǒng)14內(nèi)的溫度應(yīng)維持在大于或等于玻璃軟化溫度的溫度下。在實(shí)施例中，加熱系統(tǒng)14內(nèi)的溫度維持在大于約1300°C。示例性溫度包括大于約1300°C、大于約1410°C、大于約1550°C、大于約1560°C、大于約1575°C、大于約1600°C和大于約1650°C的溫度。設(shè)備10也包括在加熱系統(tǒng)14內(nèi)提供真空的真空系統(tǒng)16 (未示出)。可以使用任何市售的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)16可以為經(jīng)由管件線例如空氣線、液體線等等連接至加熱系統(tǒng)14的獨(dú)立系統(tǒng)。真空系統(tǒng)16還可以整合到加熱系統(tǒng)14、收集器18或這兩者中。例如，以商品名 “Master Heat Gun” 商購自 Master Appliances Corp. (Wisconsin,美國)的冷空氣鼓風(fēng)機(jī)可以直接結(jié)合到加熱系統(tǒng)14中。這些冷空氣鼓風(fēng)機(jī)可以在加熱系統(tǒng)14的入口處、加熱系統(tǒng)14的出口處、收集器18的入口處、或多個(gè)這些位置處提供冷卻空氣。希望將本發(fā)明公開的加熱系統(tǒng)14的內(nèi)部壓力保持在約小于6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力下。在其他有益效果中，當(dāng)使用基本上不含發(fā)泡劑混合物的進(jìn)料32時(shí)，在本發(fā)明公開的制備中空微球體方法中將加熱系統(tǒng)14的絕對(duì)內(nèi)部壓力維持在約小于6，773Pa(2inHg)是有用的。設(shè)備10可以也包括其中收集形成的中空微球體的收集器18。收集器18的入口48操作性地連接到加熱系統(tǒng)14的出口 46。希望介于收集器18和加熱系統(tǒng)14之間的連接被密封以避免環(huán)境空氣引入到設(shè)備10中。例如，介于收集器18和加熱系統(tǒng)14之間的連接可以用O形環(huán)或任何其他類型的常規(guī)墊圈材料密封以避免環(huán)境空氣在操作期間進(jìn)入設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，收集器18可以許多方式設(shè)計(jì)，取決于各種因素，例如尺寸、其中正在收集的中空微球體的形狀和體積、真空系統(tǒng)14的整合、設(shè)備10的操作溫度等等。仍參見圖I和圖2，在本發(fā)明公開的用于制備中空微球體方法期間，使用載氣將粒子或進(jìn)料32給料至設(shè)備10中，其中所述載氣可以是任何惰性氣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，載氣的流速根據(jù)各種因素來選擇，例如正被給料至設(shè)備10中的進(jìn)料32的尺寸、形狀和體積，設(shè)備10內(nèi)的所需壓力等等。載氣的流速應(yīng)足以將進(jìn)料32引入在中空內(nèi)管26的頂端28處的開口中。然后，因?yàn)檎婵障到y(tǒng)16在加熱系統(tǒng)14內(nèi)產(chǎn)生的真空，進(jìn)料32被牽引至加熱系統(tǒng)14。一旦處于加熱系統(tǒng)14內(nèi)，貝U進(jìn)料32變成中空微球體。在一個(gè)實(shí)施例中，使得所述中空微球體可以經(jīng)由重力穿過加熱系統(tǒng)14自由下落并且離開加熱系統(tǒng)14中的出口46。在另一個(gè)實(shí)施例中，中空微球體可以被比加熱系統(tǒng)14中所維持的真空更高的收集器18中的真空牽引穿過加熱系統(tǒng)14中的出口 46并進(jìn)入收集器18。收集器18所收集的中空微球體可以從設(shè)備10穿過收集器18中的出口 50分配?；蛘撸占?8可以可從設(shè)備10拆除以便從設(shè)備10排放形成的中空微球體。使用本發(fā)明公開的方法制備的中空微球體具有相對(duì)低的密度。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的密度小于約I. 3g/ml。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的密度小于約O. 8g/ml。在其它實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的密度小于約O. 5g/ml，小于約O. 4g/ml，小于約O. 3g/ml，或小于約O. 2g/ml。使用本發(fā)明公開的方法制備的中空微球體具有相對(duì)高的強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的強(qiáng)度大于約350psi。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的強(qiáng)度大于約1500psi。在其它實(shí)施例中，本發(fā)明公開的中空微球體的強(qiáng)度大于約2500psi，大于約 5000psi，大于約 10，OOOpsi，或大于約 15，OOOpsi。使用本發(fā)明公開的方法制備的中空微球體具有基本上單一的單元結(jié)構(gòu)。如本文所用的術(shù)語“基本上”是指使用本發(fā)明公開的方法制備的絕大多數(shù)中空微球體具有單一單元結(jié)構(gòu)。如本文所用的術(shù)語“單一單元結(jié)構(gòu)”是指各中空微球體僅由一個(gè)外壁定義，并在各單獨(dú)中空微球體中不存在其他外部壁、部分球面、同心球面、等等。示例性單一單元結(jié)構(gòu)示于圖3和圖4中所示的光學(xué)圖像中。如下為本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例I. 一種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述進(jìn)料通過包括分配系統(tǒng)的方法來提供。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述分配系統(tǒng)包括細(xì)長(zhǎng)外殼，該細(xì)長(zhǎng)外殼具有在其中豎直保持居中的中空內(nèi)管。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，其中頂端和底端完全敞開。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，并且另外其中豎直延伸凸起從所述細(xì)長(zhǎng)外殼的所述頂部延伸到恰好在所述中空內(nèi)管的所述頂端上方。6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在所述細(xì)長(zhǎng)外殼中流化進(jìn)料和使用載氣將進(jìn)料引入到所述中空內(nèi)管中。7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其還包括在收集器中收集形成的中空微球體。8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述真空維持在等于或小于絕對(duì)的6，773Pa(2inHg)。9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述真空維持在等于或小于絕對(duì)的 33，864Pa (IOinHg)。10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述進(jìn)料包含選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少一種。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述進(jìn)料包含(a)介于50重量％和90重量％之間的SiO2 ;(b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物；(c)介于I重量%和30重量%之間的B2O3 ； (d)介于O重量％至O. 5重量％之間的硫；(e)介于O重量％和25重量％之間的二價(jià)金屬氧化物；(f)介于O重量％和10重量％之間的除Si02以外的四價(jià)金屬氧化物；(g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物；(h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和(i)介于O重量％和5重量％之間的氟。12.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其還包括將所述進(jìn)料加熱到大于或等于所述進(jìn)料的軟化溫度的溫度。13. 一種中空微球體，其使用下述方法制造，所述方法包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述真空維持在等于或小于絕對(duì)的6，773Pa(2inHg)。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述真空維持在等于或小于絕對(duì)的33，864Pa (IOinHg)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14、或15中任一項(xiàng)所述的中空微球體,其中所述進(jìn)料包括選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少一種。17.根據(jù)權(quán)利要求13、14、15、或16所述的中任一項(xiàng)所述的中空微球體，其中所述進(jìn)料包含(a)介于50重量％和90重量％之間的SiO2 ;(b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物；(c)介于I重量%和30重量%之間的B2O3 ；(d)介于O重量％至O. 5重量％之間的硫；(e)介于O重量％和25重量％之間的二價(jià)金屬氧化物；(f)介于O重量％和10重量％之間的除Si02以外的四價(jià)金屬氧化物；(g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物；(h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和(i)介于O重量％和5重量％之間的氟。18.根據(jù)權(quán)利要求13、14、15、16、或17中任一項(xiàng)所述的中空微球體，其中所述進(jìn)料通過包括分配系統(tǒng)的方法來提供。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的中空微球體，其中所述分配系統(tǒng)包括細(xì)長(zhǎng)外殼，該細(xì)長(zhǎng)外殼具有在其中豎直保持居中的中空內(nèi)管，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，并且另外其中豎直延伸凸起從所述細(xì)長(zhǎng)外殼的頂部延伸到恰好在所述中空內(nèi)管的頂端上方。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的中空微球體，其還包括在所述細(xì)長(zhǎng)外殼中流化進(jìn)料和使用載氣將進(jìn)料引入到所述中空內(nèi)管中。以下特定(但非限制性)實(shí)例將用于說明本發(fā)明。除非另外明確指出，否則在這些實(shí)例中，所有量均以重量份表示。設(shè)各在以下實(shí)例中使用“Astro 1100-4080MI” 型爐(通過 Thermal Technology Inc.(California,美國)商購)作為外加熱系統(tǒng),不同的是通過移除上爐床和下爐床來改進(jìn)內(nèi)室(inplate)以使粒子或進(jìn)料自由下落穿過加熱系統(tǒng)。使用機(jī)械夾具將三個(gè)冷卻空氣鼓風(fēng)機(jī)(通過 Master Appliances Corp. (Wisconsin,美國)以商品名“Master Heat Gun”商購)固定至加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個(gè)冷卻空氣鼓風(fēng)機(jī)靠近給料開口位于加熱系統(tǒng)的頂部，并且兩個(gè)冷卻空氣鼓風(fēng)機(jī)位于加熱系統(tǒng)的底部，在收集開口處吹出空氣。位于加熱系統(tǒng)的頂部的給料開口通過添加O形環(huán)密封而被改進(jìn)以將分配系統(tǒng)保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。測(cè)試方法 平詢粒子密度測(cè)定使用以商品名“Accupyc 1330Pycnometer” 得自 Micromeritics(Norcross, Georgia)的完全自動(dòng)化的氣體置換比重瓶，根據(jù)ASTMD2840_69，“中空微球的平均真顆粒密度”(Average True Particle Density of Hollow Microspheres),測(cè)定微球體的密度。由經(jīng)過水漂浮步驟的以移除任何較重微球體、或“沉降物(sinker) ”的樣品測(cè)量漂
浮密度。粒度測(cè)定使用以商品名“Coulter Counter LS-130” 得自 Beckman Coulter(Fullerton, California)的粒度分析器測(cè)定粒度分布。強(qiáng)度測(cè)試中空微球體的強(qiáng)度使用ASTM D3102_72，“中空玻璃微球體的流體靜力學(xué)破裂強(qiáng)度”(Hydrostatic Collapse Strength of Hollow Glass Microspheres)進(jìn)行測(cè)定，不同的是中空微球體的樣本尺寸是10mL，中空微球體分散于甘油(20. 6g)中，并且使用計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。記錄的數(shù)值是按原始產(chǎn)品體積計(jì)10%破裂時(shí)的靜水壓力。實(shí)例實(shí)例I至4將回收的玻璃粒子(得自Strategic Materials Inc. , Texas,美國)在流化床噴磨機(jī)(可以商品名 “Alpine Model 100APG^ 得自 Hosokawa Micron PowderSystems, Summit, New Jersey)中研磨，提供平均粒度約20 μ m的進(jìn)料。使用在圖2中所示并于對(duì)應(yīng)文本中描述的設(shè)備將該進(jìn)料分配到加熱系統(tǒng)中。在進(jìn)料置于細(xì)長(zhǎng)外殼和中空內(nèi)管之間的情況下，以4立方英尺每小時(shí)(CFH)的流速和6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力將載氣噴射穿過頸狀物。使進(jìn)料朝中空內(nèi)管的頂端處的縮窄開口懸浮并且由于施加于此處的真空壓力而被朝加熱系統(tǒng)牽引穿過中空管。原材料和處理?xiàng)l件列于表I中。圖3為按實(shí)例I中所述制備的回收的玻璃中空微球體的光學(xué)圖像，其由連接至HRD-060HMT 型數(shù)字照相機(jī)(得自 Leica Mycrosystems, Illinois,美國)的 “DM LM” 型顯微鏡獲取。圖3中所示中空微球體具有基本上單一的單元結(jié)構(gòu)。在成形中空微球體之后，測(cè)量密度和強(qiáng)度。結(jié)果同樣示于表I中。對(duì)于實(shí)例1，測(cè)量漂浮密度。
權(quán)利要求
1.ー種形成中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述進(jìn)料通過包括分配系統(tǒng)的方法來提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述分配系統(tǒng)包括細(xì)長(zhǎng)外殼，該細(xì)長(zhǎng)外殼具有在其中豎直地保持居中的中空內(nèi)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，其中所述頂端和底端完全敞開。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，并且另外其中豎直延伸凸起從所述細(xì)長(zhǎng)外殼的頂部延伸到恰好在所述中空內(nèi)管的頂端上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其還包括在所述細(xì)長(zhǎng)外殼中流化進(jìn)料和使用載氣將進(jìn)料引入到所述中空內(nèi)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其還包括在收集器中收集形成的中空微球體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述真空維持在等于或小于6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力下。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述真空維持在等于或小于33，864Pa(IOinHg)的絕對(duì)壓力下。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述進(jìn)料包含選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少ー種。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述進(jìn)料包含 (a)介于50重量％和90重量％之間的SiO2； (b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物； (c)介于I重量%和30重量%之間的B2O3； (d)介于O重量％至O.5重量％之間的硫； (e)介于O重量％和25重量％之間的ニ價(jià)金屬氧化物； (f)介于O重量％和10重量％之間的除SiO2以外的四價(jià)金屬氧化物； (g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物； (h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和 (i)介于O重量％和5重量％之間的氟。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其還包括將所述進(jìn)料加熱到大于或等于所述進(jìn)料的軟化溫度的溫度。
13.—種中空微球體，其使用包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱所述進(jìn)料的方法來制備，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述真空維持在等于或小于6，773Pa(2inHg)的絕對(duì)壓力下。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述真空維持在等于或小于33, 864Pa(IOinHg)的絕對(duì)壓力下。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述進(jìn)料包含選自玻璃、回收的玻璃和珍珠巖中的至少ー種。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述進(jìn)料包含(a)介于50重量％和90重量％之間的SiO2； (b)介于2重量％和20重量％之間的堿金屬氧化物； (c)介于I重量%和30重量%之間的B2O3； (d)介于O重量％至O.5重量％之間的硫； (e)介于O重量％和25重量％之間的ニ價(jià)金屬氧化物； (f)介于O重量％和10重量％之間的除SiO2以外的四價(jià)金屬氧化物； (g)介于O重量％和20重量％之間的三價(jià)金屬氧化物； (h)介于O重量％和10重量％之間的五價(jià)原子的氧化物；和 (i)介于O重量％和5重量％之間的氟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的中空微球體，其中所述進(jìn)料通過包括分配系統(tǒng)的方法來提供。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的中空微球體，其中所述分配系統(tǒng)包括細(xì)長(zhǎng)外売，該細(xì)長(zhǎng)外殼具有在其中豎直保持居中的中空內(nèi)管，其中所述中空內(nèi)管具有頂端和底端，并且另外其中豎直延伸的凸起從所述細(xì)長(zhǎng)外殼的頂部延伸到恰好在所述中空內(nèi)管的頂端上方。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的中空微球體，其還包括在所述細(xì)長(zhǎng)外殼中流化進(jìn)料和使用載氣將進(jìn)料引入到所述中空內(nèi)管中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制備中空微球體的方法，其包括在足以將進(jìn)料的至少一部分轉(zhuǎn)換成中空微球體的條件下加熱進(jìn)料，其中所述加熱在真空下進(jìn)行。還提供使用此方法制備的中空微球體。
文檔編號(hào)C03B9/00GK102712516SQ201080058694
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
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