[發明專利]一種空心玻璃微珠的表面改性及功能化的方法

無效

• 申請號: 201210182783.0
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102675924A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 徐慧芳;張海礁;張春華;呂通;韋華偉;宋飛;陳秋陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C09C1/28
• 分類號: C09C1/28;C09C3/12;C09C3/10;C09C3/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及空心玻璃微珠的改性及功能化方法。

背景技術

空心玻璃微珠來源豐富，密度低(0.03～0.7g/cm³)，具有輕質、熔點高、強度高等優點。尤其是其封閉的空心結構，使得空心玻璃微珠成為理想的輕質材料載體，在材料減重方面具有重要的應用價值。而空心玻璃微珠表面活性低，導致其表面負載功能材料的含量少，不能充分實現材料的輕質和功能性的雙重特性。為此，需要對空心玻璃微珠進行表面活化改性，從而提供可吸附功能材料的特定官能團，為輕質功能性復合材料的制備提供保障。

目前關于空心玻璃微珠的表面改性方法主要為硅烷偶聯劑改性、聚電解質改性。采用硅烷偶聯劑改性所提供的電荷量有限，且改性常受到硅烷試劑官能團種類的限制；聚電解質改性的方法通常是將含相反電荷的聚電解質與功能材料交替層層組裝沉積，但這種方法步驟繁瑣，周期長，效率低。因而為提高空心玻璃微珠的表面活性，提高對功能物質的吸附性，需要開發一種空心玻璃微珠表面改性的新方法。

發明內容

本發明要解決現有的空心玻璃微珠表面活性低，功能性差的問題，而提供一種空心玻璃微珠的表面改性及功能化的方法。

本發明空心玻璃微珠的表面改性及功能化的方法按以下步驟進行：

一、將γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液滴加到空心玻璃微珠乙醇分散體系中，室溫下攪拌36～48h，將反應后的空心玻璃微珠用乙醇洗滌2～4次，干燥24～36h，得到MPS改性的空心玻璃微珠；其中γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷與空心玻璃微珠的質量比為1∶(1～5)；

二、將苯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液滴加到空心玻璃微珠乙醇分散體系中，室溫下攪拌36～48h，將反應后的空心玻璃微珠用乙醇洗滌2～4次，干燥24～36h，得到苯基三甲氧基硅烷改性的空心玻璃微珠；其中苯基三甲氧基硅烷與空心玻璃微珠的質量比為1∶(1～5)；

三、將步驟一得到的MPS改性的空心玻璃微珠分散于乙醇中，攪拌下加入十二烷基苯磺酸鈉、去離子水、過硫酸鉀和苯乙烯，在氮氣氣氛中、75～85℃的條件下反應8～12h后，過濾，所得產物用乙醇洗滌2～3次、再用去離子水洗滌1～3次后，冷凍干燥24～36h，得到中間產物；

其中MPS改性的空心玻璃微珠與乙醇的用量比是1.5g∶(10～15mL)；MPS改性的空心玻璃微珠與十二烷基苯磺酸鈉的質量比是1.5g∶(0.01～0.04g)；MPS改性的空心玻璃微珠與去離子水的用量比是1.5g∶(100～150mL)；MPS改性的空心玻璃微珠與過硫酸鉀的質量比是1.5g∶(0.1～0.2g)；MPS改性的空心玻璃微珠與苯乙烯的用量比是1.5g∶(5～10mL)；

四、將步驟二得到的苯基三甲氧基硅烷改性的空心玻璃微珠與步驟三得到的中間產物加入到濃硫酸中，在30～50℃、攪拌的條件下反應4～10h，過濾，水洗至濾液為中性，將過濾所得固體產物冷凍干燥24～36h，得到表面含磺酸基團的磺化改性空心玻璃微珠，完成空心玻璃微珠的表面改性；

五、將步驟四得到的磺化改性空心玻璃微珠加入到pH為3～5的鹽酸水溶液中，再加入Fe₃O₄懸浮液，室溫下攪拌4～8h，將上層漂浮物分離出來并在30～50℃下干燥，得到吸附有磁性Fe₃O₄的磺化聚苯乙烯空心玻璃微珠，完成空心玻璃微珠的功能化；

其中，磺化改性空心玻璃微珠與Fe₃O₄懸浮液的用量比是1.0g∶(2.7～8mL)；磺化改性空心玻璃微珠與鹽酸水溶液的用量比是1.0g∶(40～70mL)。

本發明的步驟三可以按以下步驟替換：

將步驟一得到的MPS改性的空心微珠分散于乙醇中，攪拌下加入十二烷基苯磺酸鈉、去離子水、過硫酸鉀、苯乙烯和二乙烯基苯，在氮氣氣氛中、75～85℃的條件下反應8～12h后，過濾，所得產物用乙醇洗滌2～3次、再用去離子水洗滌1～3次后，冷凍干燥24～36h，得到中間產物；