玻璃微珠表面改性方法及其机理研究

玻璃微珠是一种无机非金属球形新材料，具有流动性好、填充密度高、均质化效果好、耐热、耐化学腐蚀、热导率低等优良性能，所以应用极为广泛。玻璃微珠通常组份是由含碱金属或碱土金属的硅酸盐氧化物体系组成，作为聚氨酯树脂的相容组份，要根据其碱性、强度以及表面张力情况选择相应的技术路线来进行表面改性。目前国内很多研究者都把目标集中在对粉煤灰漂珠和低硅高碱含量空心玻璃微珠进行表面改性，但是这两种空心微珠本身存在很大的缺陷，如，粉煤灰漂珠成份复杂不可控、秦皇岛合成空心玻璃微珠含碱量高,机械强度差，而且容易吸收空气中的水份和二氧化碳气体产生团聚，在树脂中的分散效果极差。因此若想获得在聚氨酯树脂中很好的分散性、提高聚氨酯树脂的综合性能，仅仅靠对先天不足的玻璃微珠的表面改性是不能达到人们所希望的目标。本项目的工作重点是合成低碱空心玻璃微珠与表面化学改性相结合，来达到对聚氨酯树脂的增强效果。

表面改性方法很多。能够改变粉体表面或界面物理化学性质的方法，如表面有机包覆、液相化学沉淀包覆、气相物理沉积，机械力化学、层状结构粉体插层等都可称为表面改性方法。二十一世纪初工业上无机粉体表面改性常用的方法主要有表面有机包覆、沉淀反应包覆、机械力化学及复合法等。

表面有机包覆改性是最常用的无机粉体表面改性方法。这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、硅油或硅树脂、有机低聚物及不饱和有机酸、水溶性高分子等。

沉淀反应包覆是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法或粒子表面修饰方法。粉体表面包覆纳米TiO₂、ZnO、CaCO₃等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO₂制备珠光云母；钛白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅烧高岭土表面包覆纳米TiO₂和ZnO；硅灰石粉体表面包覆纳米碳酸钙和纳米硅酸铝。

机械力化学改性是利用粉体超细粉碎及其它强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或表面无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以提高颗粒表面的吸附和反应活性，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。

插层改性是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱(如分子键或范德华键)或存在可交换阳离子等特性,通过离子交换反应或特性吸附改变粉体性质的方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状晶体结构，如石墨、蒙脱土、蛭石、高岭土等。

复合改性是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。应用的复合改性方法主要有有机物理/化学包覆、机械力化学/有机包覆、无机沉淀反应/有机包覆等。

原理和方法

改性原理和方法是粉体表面改性的基础。主要包括：

①根据颗粒表面性质和改性后粉体的应用环境对表面改性剂的选择和设计，以及颗粒表面、界面性质与应用性能的关系；

②颗粒表面或界面与表面改性剂的作用机理，如吸附或化学反应的类型，作用力或键合力的强弱，热力学性质的变化等，进而建立改性剂在颗粒表面的作用模型；③表面改性方法的基本原理或理论基础。

表面改性剂

从表面改性的涵义和目标可以看出，在以化学助剂为改性剂的粉体表面改性中，表面改性剂在颗粒表面的作用是颗粒表面、界面性质以及粉体应用特性发生改变的基础。因此，表面改性剂的选用十分重要。表面改性剂的研究内容涉及种类、结构、功能及其与各种颗粒表面基团的作用机理或作用模型等，包括表面改性剂的分子结构、分子量、有机烃链长度、活性基团与改性产物性能之间的关系，改性剂用量、使用方法及新型、特效表面改性剂的设计与合成技术等。

改性工艺与设备

表面改性设备是完成粉体表面改性的保障，改性工艺则是依托改性设备，并按照改性方法和改性剂等条件实现改性目标的重要环节。涉及表面改性工艺与设备的主要研究内容包括：改性工艺流程和T艺条件、设备类型与操作条件、影响因素以及表面改性工艺与设备的有机联系等。

表面改性过程的控制与产品检测技术

这一研究领域涉及表面改性过程中各操作因素（如温度、浓度、酸度、时间、改性剂用量）和结果因素（改性物表面包覆量、包覆率或包膜厚度）等参数的调控与监控技术，包括改性产物的湿润性、分散性、粒度分布特性、表面形貌、表面能、表面改性剂的吸附或反应类型、表面包覆量、包覆率、包膜厚度、表面包覆层的化学组成、晶体结构、电性能、光性能、热性能等的检测方法等，也包括建立控制参数与指标之间的对应关系，以及过程的计算机仿真和自动控制等。 2100433B