空心玻璃微珠（Hollow Glass Microspheres，簡稱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、流動性好，隔熱、耐腐蝕等優(yōu)點，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“空間時代材料”。

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，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、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]，在對空心玻璃微珠的表面進(jìn)行處理時，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粗糙不平。被腐蝕的空心玻璃微珠填充樹脂時，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、氮氣、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，然后再與功能基團(tuán)反應(yīng)實現(xiàn)改性效果。其最大的優(yōu)點是可以通過選擇特定的單體和聚合條件，設(shè)計不同性能的界面層，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。國內(nèi)高強(qiáng)度、低密度的空心玻璃微珠的性能與國外仍有差距，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)效益和社會效益，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對我國的國防事業(yè)也有重要的戰(zhàn)略意義。

來源：中國粉體網(wǎng)