中國(guó)粉體網(wǎng)訊  空心玻璃微珠（Hollow Glass Microspheres,，簡(jiǎn)稱HGMS）是一種中空的，內(nèi)含惰性氣體的微小圓球狀粉末,。一方面,，作為一種新型填料，具有質(zhì)量輕,、強(qiáng)度高,、流動(dòng)性好，隔熱,、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),，在輕質(zhì)復(fù)合材料、涂料,、航空航天,、深海固井、電絕緣材料,、隔熱,、隔音材料以及軍事炸藥等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，被譽(yù)為“空間時(shí)代材料”,。

空心玻璃微珠物理性質(zhì)參數(shù)

另一方面,，未經(jīng)表面改性的空心玻璃微珠存在著保溫效果差、無電磁性能,、表面疏水性能不理想等缺點(diǎn),，嚴(yán)重影響了其應(yīng)用。如空心玻璃微珠與樹脂基體之間的熔點(diǎn),、熱膨脹系數(shù),、表面極性等存在較大差異，因此空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂的相容性差,，直接混合會(huì)導(dǎo)致制備的材料性能差,。因此，若要進(jìn)一步提高空心玻璃微珠的性能,，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,，就需要對(duì)其進(jìn)行表面改性,。

1.偶聯(lián)劑處理

通過偶聯(lián)劑分子，無機(jī)相和有機(jī)相能夠緊密結(jié)合,，增強(qiáng)界面粘合力,，從而改善材料的性能。常用偶聯(lián)劑大體可以分為三類：硅烷偶聯(lián)劑,，鈦酸酯偶聯(lián)劑,，有機(jī)鉻化合物。其中硅烷偶聯(lián)劑含有三官能度的無機(jī)官能團(tuán),，即[Si-(OR2)3],，在對(duì)空心玻璃微珠的表面進(jìn)行處理時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑先是將烷氧基水解生成硅烷醇,，再與玻璃微珠表面的Si-OH進(jìn)行縮合反應(yīng),，形成化學(xué)鍵。它是目前用量最大,、品種最多且改性效果明顯的一類偶聯(lián)劑。

2.酸堿刻蝕

酸堿刻蝕改性主要是利用酸堿的腐蝕性,，在空心玻璃微珠的表面腐蝕出溝壑,，微珠的表面形貌將會(huì)粗糙不平。被腐蝕的空心玻璃微珠填充樹脂時(shí),，一方面樹脂基體的高分子鏈段可以進(jìn)入微珠表面的溝壑,，產(chǎn)生一種“錨固”的作用，增加兩者界面之間的作用力,；另一方面,，經(jīng)過刻蝕后，微珠表面產(chǎn)生大量的硅羥基,，有利于增加兩相之間的界面結(jié)合力,。

3.等離子體表面處理

空心玻璃微珠表面含有大量的硅羥基，但活性較低,，很難參與化學(xué)反應(yīng),。而等離子體表面處理可使微珠表面的硅羥基成為活性中心，進(jìn)而引發(fā)單體在微珠表面進(jìn)行聚合,。等離子體改性通過三方面達(dá)到效果：

（1）增加微珠表面的粗糙度,。采用氬氣、氦氣等惰性氣體,，對(duì)微珠表面進(jìn)行刻蝕,，增加微珠與樹脂的接觸面積，還可使樹脂的高分子鏈段“錨固”在其中,，增加復(fù)合材料的界面相容性,。

（2）活化微珠表面,。采用二氧化碳、氮?dú)�,、氨氣等活化微珠的表面,，引入羧基、氨基,、羥基等基團(tuán),，可與樹脂的分子鏈反應(yīng)，增加微珠和樹脂界面的相互作用,。

（3）等離子體聚合,。首先利用等離子體活化空心玻璃微珠的表面，引入自由基等活性基團(tuán),，然后進(jìn)行接枝反應(yīng),，在微珠表面形成一層帶特定基團(tuán)的聚合物薄膜。

4.表面包覆處理

表面包覆是利用無機(jī)物或有機(jī)物對(duì)微珠表面進(jìn)行包覆以達(dá)到改性的效果,。有學(xué)者采用加堿法在空心玻璃微珠表面包覆一層TiO2薄膜,，可以提高空心玻璃微珠的亮度，提高太陽光的反射比,，用其制備的保溫涂料對(duì)太陽光具有較好的反射率,。

5.表面接枝聚合改性

這類改性主要是采用原位聚合的方法利用單體和引發(fā)劑等原料在填料表面包覆一層聚合物。在空心玻璃微珠表面引入反應(yīng)活性點(diǎn),，然后再與功能基團(tuán)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)改性效果,。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以通過選擇特定的單體和聚合條件，設(shè)計(jì)不同性能的界面層,，具有很好的理論意義,。

6.其它表面改性方法

空心玻璃微珠是一種無機(jī)非金屬材料，其主要成分為SiO2和 Al2O3,，因此,，不具備導(dǎo)電和電磁等性能。若對(duì)空心玻璃微珠表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳,、鉆,、銅、銀,、鐵等金屬處理后,，可以使其具有吸收電磁波和反射近紅外 的功能，故可取代密度較大,、具有磁性的過渡族金屬粉體用作導(dǎo)電材料,、電磁波吸收或電磁屏蔽材料。此外，隨著生物技術(shù)不斷得到發(fā)展和完善,，空心微球憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性質(zhì)在此領(lǐng)域不斷得到推廣應(yīng)用,。Caruso F.等報(bào)道了將生物酶包裹在空心球中，可以得到新型生物功能材料,，他們制備的含有蛋白質(zhì)和高分子的空心球,，可作為藥物載體注入生物體中。

小結(jié)

改性空心玻璃微珠在電磁屏蔽,、微波吸收,、醫(yī)學(xué)等方面具有廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度,、低密度的空心玻璃微珠的性能與國(guó)外仍有差距,，相關(guān)高性能空心玻璃微珠仍依賴于進(jìn)口。所以高性能空心玻璃微珠的開發(fā)研究不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，對(duì)我國(guó)的國(guó)防事業(yè)也有重要的戰(zhàn)略意義。

參考資料：

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李珍.空心玻璃微球填充環(huán)氧樹脂固體浮力材料研究

吳湘鋒.空心微珠的制備及其高強(qiáng)輕質(zhì)樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究

王鵬.空心玻璃微珠表面改性對(duì)固體浮力材料性能影響研究��

趙強(qiáng)等.空心玻璃微珠表面包覆改性及其應(yīng)用

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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