空心玻璃微珠（Hollow Glass Microspheres，簡稱HGMS）是一種中空的，內含惰性氣體的微小圓球狀粉末。一方面，作為一種新型填料，具有質量輕、強度高、流動性好，隔熱、耐腐蝕等優(yōu)點，在輕質復合材料、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域具有廣闊應用前景，被譽為“空間時代材料”。

另一方面，未經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，嚴重影響了其應用。如空心玻璃微珠與樹脂基體之間的熔點、熱膨脹系數、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，直接混合會導致制備的材料性能差。因此，若要進一步提高空心玻璃微珠的性能，拓寬其應用領域，就需要對其進行表面改性。

1.偶聯(lián)劑處理

通過偶聯(lián)劑分子，無機相和有機相能夠緊密結合，增強界面粘合力，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，有機鉻化合物。其中硅烷偶聯(lián)劑含有三官能度的無機官能團，即[Si-(OR2)3]，在對空心玻璃微珠的表面進行處理時，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進行縮合反應，形成化學鍵。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入微珠表面的溝壑，產生一種“錨固”的作用，增加兩者界面之間的作用力；另一方面，經過刻蝕后，微珠表面產生大量的硅羥基，有利于增加兩相之間的界面結合力。

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，很難參與化學反應。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，進而引發(fā)單體在微珠表面進行聚合。等離子體改性通過三方面達到效果：

（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，可與樹脂的分子鏈反應，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，然后進行接枝反應，在微珠表面形成一層帶特定基團的聚合物薄膜。

4.表面包覆處理

表面包覆是利用無機物或有機物對微珠表面進行包覆以達到改性的效果。有學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活性點，然后再與功能基團反應實現改性效果。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非金屬材料，其主要成分為SiO2和 Al2O3，因此，不具備導電和電磁等性能。若對空心玻璃微珠表面進行化學鍍鎳、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電材料、電磁波吸收或電磁屏蔽材料。此外，隨著生物技術不斷得到發(fā)展和完善，空心微球憑借其獨特的結構和優(yōu)異的性質在此領域不斷得到推廣應用。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和高分子的空心球，可作為藥物載體注入生物體中。

小結

改性空心玻璃微珠在電磁屏蔽、微波吸收、醫(yī)學等方面具有廣泛應用。國內高強度、低密度的空心玻璃微珠的性能與國外仍有差距，相關高性能空心玻璃微珠仍依賴于進口。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濟效益和社會效益，推動相關產業(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