專利名稱：一種空心玻璃微珠表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空心玻璃微珠領(lǐng)域，特別是一種空心玻璃微珠的表面改性方法，以更好地應(yīng)用于樹脂中。
背景技術(shù)：
空心玻璃微珠是一種薄壁、密封的玻璃球殼體，內(nèi)含惰性氣體的微小球形材料，它的主要成分是硼硅酸鹽，是一種性能獨特而穩(wěn)定的中空微粒，具有許多其他輕質(zhì)填料無法比擬的物理和化學性質(zhì)，它具有熔點高、低導熱、強度高、高分散、電絕緣好和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是由于樹脂基體與玻璃微珠填料的熱膨脹系數(shù)、熔點、密度、表面積等差異性很大， 相容性差，所以不能直接進行有效地混合。為了制得性能優(yōu)異的復(fù)合材料，需對填料進行表面活化處理，改變其表面形態(tài)、晶態(tài)、表面能、極性、表面化學組成以及除去表面弱邊界層， 調(diào)到與基體樹脂的表面性能相匹配和適應(yīng)，以提高兩者的相容性、浸潤性、反應(yīng)性以及粘結(jié)性能。填料與樹脂的作用狀態(tài)關(guān)系到環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的效果，通過偶聯(lián)劑對填料表面進行活化處理是最常用的方法，通過表面處理來改變界面狀態(tài)，使其更好地分散于樹脂中，提高樹脂與填料間的粘結(jié)性，增加材料強度，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子工業(yè)、玻璃纖維、冶金工業(yè)、醫(yī)療技術(shù)、尖端科研等領(lǐng)域。目前普通采用的是濕法改性處理，所需設(shè)備及工藝復(fù)雜， 投入成本高，改性時間長，后續(xù)需要進一步干燥，增加能源消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空心玻璃微珠表面改性方法，該方法不僅工藝簡單、 操作容易、改性時間短，而且改性處理后的空心玻璃微珠能夠更好地分散于環(huán)氧樹脂中，提高樹脂與填料間的粘結(jié)性，增加材料強度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的，一種空心玻璃微珠表面改性方法，包括以下步驟
(1)去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)并進行干燥處理；
(2)攪拌機預(yù)熱至50 80°C后，將步驟(I)干燥處理后的空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱，待空心玻璃微珠表面溫度加熱到95 135°C后加入偶聯(lián)劑；
(3)保持空心玻璃微珠表面溫度95 135°C持續(xù)攪拌10 30分鐘后放料，得到表面改性的空心玻璃微珠。本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是，所述步驟(2)中偶聯(lián)劑的用量是玻璃微珠質(zhì)量的
O.2 I. 5%。本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是，所述攪拌機的轉(zhuǎn)速為600 1200r/min。所述步驟(2)中所用的偶聯(lián)劑是Y-(2，3_環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基娃燒(KH560), 鈦酸酯，烷基陰離子表面活化劑中的一種或幾種混合物。所述空心玻璃微珠堆積密度為O. 10 O. 30 g/cm3。所述的空心玻璃微珠粒徑范圍為10 180 μ m。
所述步驟(I)中是用無水乙醇或丙酮去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)。所述步驟(I)中的干燥處理是指在100 120°C下烘干3 5小時。本發(fā)明的有益效果(I)本發(fā)明采用攪拌機進行干法改性，工藝簡單，操作容易， 改性時間短，成本低，后續(xù)無需干燥，減少能源消耗；(2)改性過程中的溫度控制在95 135°C之間，溫度太低會導致烘干不夠，溫度太高會造成偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)被破壞，失去改性的作用；(3)偶聯(lián)劑的加入量為空心玻璃微珠質(zhì)量O. 2 I. 5%，用量過少，不足以完全覆蓋粒子表面，不能最大限度的提高粒子在基體中的分散及界面結(jié)合，用量過多則會導致表面偶聯(lián)劑剩余，成為新的斷裂薄弱點，使材料沖擊強度下降；(4)攪拌機的轉(zhuǎn)速選擇600 1200r/min,轉(zhuǎn)速高會使玻璃微珠破碎，轉(zhuǎn)速低會使攪拌機底部或者靠近器璧邊緣處物料處于相對穩(wěn)定狀態(tài)而分散不均勻、改性不充分。通過本發(fā)明處理后的空心玻璃微珠能夠更好地分散于環(huán)氧樹脂中，提高樹脂與填料間的粘結(jié)性，增加材料強度，其復(fù)合材料的力學性能顯著提高。


圖I為未改性的空心玻璃微珠電子顯微鏡圖2為改性后的空心玻璃微珠電子顯微鏡圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種空心玻璃微珠表面改性方法，如圖I所示，所述空心玻璃微珠堆積密度為O. 10 O. 30 g/cm3，粒徑范圍為10 180 μ m，包括以下步驟
Cl)用無水乙醇或丙酮去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)，在100 120°C下烘干3 5小
時；
(2)攪拌機預(yù)熱至50 80°C后，將步驟(I)干燥處理后的空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱，待空心玻璃微珠表面溫度加熱到95 135°C后加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑的用量是玻璃微珠質(zhì)量的O. 2 I. 5%,所用的偶聯(lián)劑是(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基二甲氧基娃燒 (KH560)，鈦酸酯，烷基陰離子表面活化劑中的一種或幾種混合物；
(3)保持空心玻璃微珠表面溫度95 135°C持續(xù)攪拌10 30分鐘后放料，得到表面改性的空心玻璃微珠，見圖2所示。其中攪拌機的轉(zhuǎn)速定為600 1200r/min，轉(zhuǎn)速高會使玻璃微珠破碎，轉(zhuǎn)速低會使攪拌機底部或者靠近器璧邊緣處物料處于相對穩(wěn)定狀態(tài)而分散不均勻、改性不充分。對比例(未進行表面改性處理):取IOOg空心玻璃微珠，用丙酮清洗其表面，除去雜質(zhì)然后在120°C下烘干，直接加入到500g環(huán)氧樹脂中，攪拌20分鐘，注入澆鑄體模具內(nèi)，加熱固化，得到試樣，試樣力學性能測試結(jié)果參見表I。實施例I :取IOOg空心玻璃微珠，用無水乙醇清洗其表面，洗去表面雜質(zhì)后在 120°C下烘干3小時，預(yù)熱攪拌機至50 V，將空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱到 95°C，加入Y- (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560) O. 2g，將攪拌機的轉(zhuǎn)速調(diào)至 600r/min，溫度保持在95 105°C持續(xù)攪拌30min，得到改性空心玻璃微珠，然后將改性過的空心玻璃微珠加入到500g環(huán)氧樹脂中，攪拌，注入澆鑄體模具內(nèi)，加熱固化，得到試樣， 試樣力學性能測試結(jié)果參見表I。
實施例2 -M IOOg空心玻璃微珠，用無水乙醇清洗其表面，洗去雜質(zhì)然后在120°C 下烘干，預(yù)熱攪拌機至60°C，將空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱到135°C，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑I. 5g，將轉(zhuǎn)速調(diào)至1200r/min，溫度保持在125 135°C持續(xù)攪拌混合lOmin，得到改性空心玻璃微珠，然后將改性過的空心玻璃微珠加入到500g環(huán)氧樹脂中，攪拌半小時， 注入澆鑄體模具內(nèi)，加熱固化，得到試樣，試樣力學性能測試結(jié)果參見表I。實施例3 :取IOOg空心玻璃微珠，用無水乙醇清洗其表面，洗去雜質(zhì)然后在120°C 下烘干，預(yù)熱攪拌機至70°C，將空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱到到115°C，加入烷基陰離子表面活化劑I. 5g，將轉(zhuǎn)速調(diào)至900r/min，溫度保持在110 120°C持續(xù)攪拌混合 20min，得到改性空心玻璃微珠，然后將改性過的空心玻璃微珠加入到500g環(huán)氧樹脂中，攪拌半小時，注入澆鑄體模具內(nèi)，加熱固化，得到試樣，試樣力學性能測試結(jié)果參見表I。實施例4 :取IOOg空心玻璃微珠，用無水乙醇清洗其表面，洗去雜質(zhì)然后在120°C 下烘干，預(yù)熱攪拌機至80°C，將空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱到到115°C，加入 Y- (2, 3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560 ) Ig和鈦酸酯O. 5g，將轉(zhuǎn)速調(diào)至900r/min， 溫度保持在110 120°C持續(xù)攪拌混合20min，得到改性空心玻璃微珠，然后將改性過的空心玻璃微珠加入到500g環(huán)氧樹脂中，攪拌半小時，注入澆鑄體模具內(nèi)，加熱固化，得到試樣，試樣力學性能測試結(jié)果參見表I。
表I:力學性能測試表
權(quán)利要求
1.一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)并進行干燥處理；(2)攪拌機預(yù)熱至50 80°C后，將步驟(I)干燥處理后的空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱，待空心玻璃微珠表面溫度加熱到95 135°C后加入偶聯(lián)劑；(3)保持空心玻璃微珠表面溫度95 135°C持續(xù)攪拌10 30分鐘后放料，得到表面改性的空心玻璃微珠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述步驟(2) 中偶聯(lián)劑的用量是玻璃微珠質(zhì)量的O. 2 I. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述攪拌機的轉(zhuǎn)速為600 1200r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述步驟(2) 中所用的偶聯(lián)劑是Y- (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)，鈦酸酯，烷基陰離子表面活化劑中的一種或幾種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述空心玻璃微珠堆積密度為O. 10 O. 30 g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述的空心玻璃微珠粒徑范圍為10 180 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述步驟(I) 中是用無水乙醇或丙酮去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空心玻璃微珠表面改性方法，其特征在于，所述步驟(I) 中的干燥處理是指在100 120°C下烘干3 5小時。
全文摘要
本發(fā)明公開一種空心玻璃微珠表面改性方法，包括以下步驟(1)用無水乙醇或丙酮去除空心玻璃微珠表面雜質(zhì)，然后烘干3～5小時；(2)攪拌機預(yù)熱后，將步驟(1)干燥處理后的空心玻璃微珠加入到攪拌機內(nèi)繼續(xù)加熱，待空心玻璃微珠表面溫度加熱到95～135℃后加入偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑的用量是玻璃微珠質(zhì)量的0.2～1.5%；(3)保持空心玻璃微珠表面溫度95～135℃持續(xù)攪拌10～30分鐘后放料，得到表面改性的空心玻璃微珠。本發(fā)明采用攪拌機進行干法改性，工藝簡單，操作容易，改性時間短，成本低，后續(xù)無需干燥，減少能源消耗；通過本發(fā)明處理后的空心玻璃微珠能夠更好地分散于環(huán)氧樹脂中，提高樹脂與填料間的粘結(jié)性，增加材料強度，其復(fù)合材料的力學性能顯著提高。
文檔編號C09C1/28GK102604439SQ20121001683
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者宋在芝, 彭壽, 彭小波, 彭程, 王克根, 王蕓, 蘇憲君, 韓暉 申請人:中國建材國際工程集團有限公司, 蚌埠華洋粉體技術(shù)有限公司, 蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院