[发明专利]一种空心微珠复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材材料及其制备方法，特别是涉及一种空心微珠复合材料及其制备方法。

背景技术

空心微珠系由火山灰或粉煤灰提取出来的铝硅酸盐类无机非金属粉体材料，其主要成份为二氧化硅、三氧化二铝，外观为自由流动的浅灰色、灰色、黄褐色，镜下观测呈透明的中空玻璃球体。具有质轻、耐磨、反光、防辐射、耐高温、耐酸碱、自润滑等特性，其分散性、流变性及化学稳定性好，作为功能性填料可广泛地应用于热塑性和热固性高分子基材料的制品中。

作为热塑性和热固性高分子材料的功能填料(橡胶的补强剂、塑料的增韧剂)，要求空心微珠有一定的表面活性，即空心微珠粒子表面具有可与橡胶、塑料长链分子发生交联或缠绕的活性基团。这种活性基团，一方面和补强剂粒子结合，另一方面同橡胶、塑料分子发生物化作用而结为一体，从而起到补强作用和增韧作用。由于空心微珠表面较为稳定(不活泼)，在橡胶等高分子材料中直接或大量添加该空心微珠，存在着空心微珠(无机填料)和有机高分子基团界面状况不同、相容性差、且在橡胶、塑料中难以分散的问题。为此需要对空心微珠进行表面改性。

空心微珠表面虽不存在活性基团，但存在着羟基或游离质子，这种成份能与偶联剂的极性基团发生键合，而键合后的空心微珠复合体中偶联剂的非极性极可较好地与橡胶、塑料等高分子发生交联或缠绕。

发明内容

本发明的任务是针对高分子基材对该复合材料的技术性能要求，解决空心微珠与偶联剂的有效热复合反应问题，即空心微珠表面改性。主要因素为：偶联剂种类选择、偶联剂的复配、偶联剂的用量等。单一的硅烷偶联剂(KH-560)改性，可获得较好的改性效果，但费用较高，采用较为廉价非硅烷偶联剂(铝酸酯、钛酸酯、铬酸酯等)单一改性，效果较差；采用非硅烷偶联剂的复合改性，合理的比例及用量，可获得改性效果好、费用低的空心微珠复合材料。

本发明的目的是提供一种改性效果好，成本低的空心微珠复合材料及其制备方法。

本发明专利的化学原理如下：

硅烷偶联剂化学通式为RSiX₃，X为可水解的烷氧基，R为有机基团，硅烷先水解生成硅醇RSi(OH)₃，其-OH的脱离使硅烷分子形成空价键，与空心微珠表面中的羟基(-OH)、游离质子经加热搅拌获取能量发生化学反应而复合；铝酸酯偶联剂，则通过Al₂O₃基团的缩合作用与空心微珠羟基化的表面形成共价键联合；钛酸酯偶联剂(ROS)-Ti-(OX-R-Y)，通过和Ti相联接的偶联无机相(ROS)的脱离空价键，与空心微珠表面的-OH、游离质子发生化学反应形成共价键而结合。

空心微珠系煤粉燃烧时所含的粘土矿物微粉在高温(1500℃)气流中悬浮溶融，随着炉内气流流出并在逐步冷凝过程中形成的，在微珠内部含有CO₂气体，因而保持了完整珠状外形。完全冷却后，CO₂气体体积减小，形成了中空微珠。火山熔岩喷发所形成的微细尘埃，也含有本专利所用的空心微珠。该空心微珠的扫描电镜、X射线衍射检测表明：其物相为非晶质玻璃体，表面性质相当稳定。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种空心微珠复合材料由(重量百分比)98-99.8％的无机粉体材料空心微珠与0.2-2.0％的改性剂组合而成。

上述的复合材料，其特点为：所述无机粉体材料空心微珠粒度为≤20μm，优选为≤10μm，所述改性剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂与铝酸酯偶联剂中一种或几种混合。

上述的复合材料，其特点为：所述的空心微珠复合材料的配比(重量百分比)为：无机粉体材料空心微珠占99.5-99.8％，硅烷偶联剂占0.2-0.5％。

上述的复合材料，其特点为：所述的空心微珠复合材料的配比(重量百分比)为：无机粉体材料空心微珠占98-99％，加入钛酸酯偶联剂与铝酸酯偶联剂的混合物，其用量占1.0-2.0％，所述钛酸酯偶联剂与铝酸酯偶联剂以1.5-2∶1的重量份数比例混合。

上述的空心微珠复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将无机粉体材料空心微珠超细分级，分离出粒度≤20μm的空心微珠粉料；

(2)将分离出的空心微珠粉料，放置于高速捏合机中搅拌10-15分钟，同时加热至90-120℃；

(3)配制改性剂；