[发明专利]稀土表面改性的空心玻璃微珠及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物用无机填料的表面改性，具体涉及到一种稀土表面改性的空心玻璃微珠及其制备方法。

发明背景

被誉为“空间时代材料”的空心玻璃微珠是一种球形、空心、内含气体的新型多功能微细玻璃体，它具有许多其他填料无法比拟的理化性质，具有熔点高、电阻率高、电绝缘性好、密度低、流动性好、收缩率小、稳定性强、隔热、隔音、耐高温、热传导系数和热收缩系数小等一系列特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、风力发电、建筑、隔热、隔音等高分子复合材料领域。然而空心玻璃微珠为无机极性填料，如未经表面处理直接添加到非极性的高分子基材中会严重恶化复合材料的力学性能。因此，必须预先对空心玻璃微珠进行表面改性。

目前空心玻璃微珠的表面改性主要有如下方法：1)表面活性剂处理，如脂肪酸类和硅烷偶联剂类。这类方法是玻璃基无机填料最基本、最通用的改性方法，这类处理剂通常具有两亲性质，其一些基团可吸附在填料表面或与表面基团发生反应，另一些基团或长链与聚合物基体反应或缠结，从而改善界面相容性，改善复合材料的力学性能，虽该类处理剂价格低廉，但改善效果有限。2)等离子体表面改性。这类改性方法主要是利用外部电场的作用，用等离子体作用无机填料使材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或引入含氧极性基团，使其亲水性、粘结性、相容性得到改善，但该方法所需设备昂贵，成本高，仅限实验室规模水平。3)表面接枝改性。这类改性主要是利用玻璃微珠等无机填料表面的羟基等基团设计反应，引入各类官能团再进行接枝，在粒子表面生长成为聚合物，进而改进复合材料的力学性能。这类方法效果虽非常明显，但其工艺流程长、成本高，也不适合大规模工业化。因此，开发和提供一种简单、高效、能广泛应用的空心玻璃微珠表面改性的方法非常必要。稀土化合物是一种性能奇特的物质，有“工业味精”之美誉，其原子的外电子层结构有着较多未被电子填充的空轨道(如镧的电子构型为1s²2s²p⁶3s²p⁶d¹⁰4s²p⁶d¹⁰5s²p⁶d¹6s²，铈的电子构型为1s²2s²p⁶3s²p⁶d¹⁰4s²p⁶d¹⁰f¹5s²p⁶d¹6s²钇的电子构型为1s²2s²p⁶3s²p⁶d¹⁰4s²p⁶d¹5s²)和较大的离子半径(镧的离子半径为铈的离子半径为钇的离子半径为)，原子尺寸容易发生很大的变化而被极化，成为活性离子，非常容易接受配位体中的电子，因此其与玻璃微珠表面的羟基中的氧和基材中的碳原子都有很强的亲和力，生成结构非常稳定的稀土配合物。另外，我国稀土资源非常丰富，物美价廉，采用稀土作表面处理剂成本低。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺陷而提供一种稀土表面改性的空心玻璃微珠及其制备方法。本发明工艺简单、效果好、成本低，是一种简洁、高效、能广泛应用的空心玻璃微珠的表面处理方法，也为其它聚合物用玻璃基无机填料的表面改性提供一种新的思路。

本发明提供一种稀土表面改性的空心玻璃微珠是以空心玻璃微珠、氢氧化钠和稀土化合物为原料制备，按质量组成制备：

空心玻璃微珠            100份

氢氧化钠溶液            300份

稀土化合物水溶液        300份

步骤为：空心玻璃微珠先置于低浓度氢氧化钠溶液中增加其表面的羟基数量和粗糙度，然后加入到稀土金属盐溶液中改性，水洗和干燥；

所述的空心玻璃微珠的耐压强度大于40MPa，平均粒径为5～80μm；氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L；稀土化合物水溶液中稀土化合物的质量分数为0.3％～2.0％。稀土化合物为硝酸镧、氯化镧、硝酸铈、氯化铈、硝酸钇或氯化钇中的一种。