一种硅碳氧陶瓷微珠及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及一种硅碳氧陶瓷微珠及其制备方法、应用，创造性的选取含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体为前驱体，利用该前驱体室温下为液态，有从液态到固态变化这一特性，将其与高沸点且高黏度乳化体系混合，利用前驱体在乳化体系中会因为表面张力作用成球这一特性，实现球形结构的生成，然后利用热固化处理维持该球形不变，再经加热使之陶瓷化制备陶瓷微珠，制备过程操作简单，所需原材料无须进口，易于本土化生产，成本低，制备周期短，可短至2天，所得陶瓷微珠粒径小，粒径范围分布窄，但硬度高(10％K值>8000N/mm2)，热稳定性好，1000℃不分解，而且本身就是黑色，自身不透光，无光漏现象。无光漏现象。无光漏现象。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳氧陶瓷微珠及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及陶瓷微球制备技术，尤其涉及一种硅碳氧陶瓷微珠及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]液晶显示LCD是一种利用液晶偏折控制透光度来实现色彩显示的技术。液晶填充在在LCD的液晶盒中，且必须维持一定的有效厚度保证对光的偏折能力，液晶盒上下面板之间填充固定尺寸的间隔物，在外力作用下可抵抗变形回复形变。间隔物的尺寸严重影响液晶面板的质量，所以需要高度均一。常用的间隔物包括聚酰亚胺粒子，光纤粒子，二氧化硅微球等，材质上和形状上各有不同，包括球形与柱形，其中，球形的二氧化硅微球作为最优选。
[0003]目前陶瓷微球制备技术主要包括两种：第一种是日本开发的玻璃粉末高温熔融法，产品一次成球率低、球形度和粒径均匀性很差，后期需要长达6个月的粒径分级，因此生产成本高，售价在每公斤几万到几十万元人民币。第二种是苏州纳微科技开发的种子溶胀法，以纳米微球为种子经过长达6天的液相生长才能达到2-10微米尺寸，工艺复杂，原料需要进口，目前还没有应用报道。
[0004]虽然间隔物产品占液晶面板材料成本的比例很低，但却是不可缺少的重要原材料，之前国内也有多家高校和科研院所等单位尝试开发，由于种种原因，并没有量产成功。目前，中国国内企业因为其庞大的市场支撑，也很少研究间隔物微球的国产化。另外，间隔物必须满足粒径高度均一、分散性好、高纯度、优异的弹性和硬度，好的耐热耐寒性等严格的要求，制备技术难度极大，因此具有有很高的技术壁垒。具体要求如下所示：
[0005]a.高度均一的粒径；
[0006]b.适宜的微球尺寸，4～8μm最佳；
[0007]c.微球在液晶材料内均匀的分散性，不重叠或凝聚；
[0008]d.组分超纯的微球，不含碱金属否则会污染液晶材料；
[0009]e.较高的压缩强度和压缩弹性，因压力产生的变形小且可恢复；
[0010]f.与液晶匹配的热膨胀系数，否则温度变化时会发生微球移动。
[0011]2017年，中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33％，产业规模约千亿美元，位居全球第一。作为一个LCD产业必不可少的部件，间隔物微球每年的市场容量为几千公斤，市场总值为几十亿元(不包括黑色、粘性和3D眼镜用间隔物)。此前该产品一直被日本积水、早川和触媒等少数日本企业寡占，连液晶屏产业发达的韩国和台湾地区也没有实现本土化。在我国密集布局液晶面板生产线的情况下，缺乏核心技术和原材料是制约中国LCD产业发展的主要问题，随着LCD行业竞争的加剧，行业的整体利润率将逐渐下滑，为降低成本，提升竞争力，掌握核心技术，实现国产化原材料是我国显示屏生产厂家必然的选择，否则将给我国平板显示产业的健康发展带来了隐患。

技术实现思路

[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种硅碳氧陶瓷微珠及其制备方法、应用。
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种硅碳氧陶瓷微珠的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与乳化体系的混合物分散成微米级液滴，然后经热固化得含硅碳树脂微球，其中，在所述有机化合物前驱体热固化温度下，所述乳化体系稳定存在且所述乳化体系的粘度为350-60000mPa.s，所述有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与所述乳化体系的密度比为0.7-1.3:1。优选所述有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与所述乳化体系的密度比为0.9-1.1:1。
[0015]将所述含硅碳树脂微球从所述乳化体系中分离出来，经加热使之陶瓷化得硅碳氧陶瓷微珠。
[0016]进一步的，所述有机化合物前驱体溶液通过所述有机化合物前驱体与有机溶剂A混合制得，其中所述有机化合物前驱体溶液中所述有机化合物前驱体的质量分数为10-100％，但不包含100％。所述有机溶剂A包括正己烷、乙醇、四氢呋喃、氯仿、乙醚中至少一种。
[0017]进一步的，含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体包括含氢聚硅乙炔、含氢聚碳硅烷、含有硅氢键的硅烷A与含有碳碳不饱和键的硅烷B的混合物的一种或多种。
[0018]其中，含有硅氢键的硅烷A与含有碳碳不饱和键的硅烷B的混合物中，含有硅氢键的硅烷A占含有硅氢键的硅烷A与含有碳碳不饱和键的硅烷B混合物的质量含量为10-50％，含有碳碳不饱和键的硅烷B占含有硅氢键的硅烷A与含有碳碳不饱和键的硅烷B混合物的质量含量为50％-90％。
[0019]进一步的，含有硅氢键的硅烷A包括含氢聚硅乙炔、含氢聚硅氧烷、含氢聚硅氮烷、四甲基环四硅氧烷中至少一种；
[0020]含有碳碳不饱和键的硅烷B包括二甲基聚硅乙炔、乙烯基聚硅乙炔、乙烯基聚碳硅烷、乙烯基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氮烷、乙烯基环四硅氧烷中至少一种。
[0021]上述含氢聚硅乙炔制备可以包括：
[0022]在惰性气氛下，三氯乙烯与正丁基锂混合，反应得乙炔基双锂；
[0023]在惰性气氛下，乙炔基双锂与含硅氢键的二氯硅烷、链终止剂混合反应后，经后处理得含氢聚硅乙炔。
[0024]其中，
[0025]三氯乙烯与正丁基锂在有机溶剂B中反应，温度维持在0-4℃。其中，所述有机溶剂B为四氢呋喃。
[0026]三氯乙烯、正丁基锂、含硅氢键的二氯硅烷的摩尔比为1:1-4:0.8-1.2，含硅氢键的二氯硅烷、链终止剂的体积比为27-32:1。其中，硅氢键的二氯硅烷包括一甲基二氯硅烷，链终止剂包括三甲基一氯硅烷。
[0027]正丁基锂以丁基锂/有机溶剂C溶液的方式加入，1L有机溶剂C中含硅氢键的二氯硅烷的物质的量为1.4-1.75。其中，有机溶剂C为正己烷。
[0028]后处理包括：
[0029]对含有聚硅乙炔的油层进行常压蒸馏除去混合溶剂，得到聚硅乙炔粗产物；
[0030]聚硅乙炔粗产物经水洗、萃取剂萃取、去水、蒸馏去除萃取剂、干燥得聚硅乙炔。萃取剂包括正己烷。其中，蒸馏温度为60-85℃，干燥温度为100-120℃，真空干燥时间为2-6小时。
[0031]进一步的，将含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与乳化体系的混合物通过乳液分散工艺分散成微米级液滴。其中，乳液分散工艺包括机械搅拌、微流控、喷雾分散中至少一种。机械搅拌时，机械搅拌转速为300转-1500转/每分钟，机械搅拌时间为2-12小时。
[0032]进一步的，所述乳化体系包括二甲基硅油、甘油、聚甘油、乙二醇、聚乙二醇中的至少一种。其中，聚乙二醇分子量为400-6000。
[0033]进一步的，热固化温度为180-250℃。固化时间为2-8小时。
[0034]步骤：将含硅碳树脂微球从热固化后的所述乳化体系中分离出来包括：
[0035]将稀释剂与热固化后的所述乳化体系混合，稀释所述乳化体系；
[0036]通过离心将含硅碳树脂微球从高沸点且高黏度乳化体系中分离出来，离心本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳氧陶瓷微珠的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与乳化体系的混合物分散成微米级液滴，然后经热固化得含硅碳树脂微球，其中，在所述有机化合物前驱体热固化温度下，所述乳化体系稳定存在且所述乳化体系的粘度为350-60000mPa.s，所述有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与所述乳化体系的密度比为0.7-1.3:1；将所述含硅碳树脂微球从所述乳化体系中分离出来，经加热使之陶瓷化得硅碳氧陶瓷微珠。2.根据权利要求1所述的硅碳氧陶瓷微珠的制备方法，其特征是，含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体包括含氢聚硅乙炔、含氢聚碳硅烷、含有硅氢键的硅烷A与含有碳碳不饱和键的硅烷B的混合物的一种或多种。3.根据权利要求1所述的硅碳氧陶瓷微珠的制备方法，其特征是，将含有硅氢键及碳碳不饱和键的有机化合物前驱体或所述有机化合物前驱体溶液与乳化体系的混合物通过乳液分散工艺分散成微米级液滴。4.根据权利要求1所述的硅碳氧陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：温广武，侯永昭，仲诚，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：