本發(fā)明屬于玻璃表面涂膜，涉及一種局部疏水玻璃微珠及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、玻璃微珠是一種粒徑小于0.8?mm的微米級球形玻璃質(zhì)材料，具有良好的球形度、透明性、硬度、光反射性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等，可以用作研磨介質(zhì)、拋光材料、催化載體、減輕劑、反光材料、增強(qiáng)填充材料等，在機(jī)械、化工、醫(yī)療、航海、交通、石油鉆井等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。用作減輕、增強(qiáng)填充材料時，為優(yōu)化填充效果，常需對玻璃微珠進(jìn)行表面處理。

2、對于乳液型涂料，玻璃微珠作為填料時，如果不進(jìn)行疏水處理，親水性的玻璃微珠主要聚集在水相中；如果對玻璃微珠表面進(jìn)行疏水處理，疏水玻璃微珠主要聚集在油相中；以上兩種情況下玻璃微珠在乳液中都不能很好地實現(xiàn)均勻混合，從而影響涂料的穩(wěn)定性以及涂料涂裝效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決玻璃微珠在用作乳液型涂料填料或樹脂基復(fù)合材料填充劑時，材料體系混合均勻性和穩(wěn)定性差的問題，提供一種局部疏水玻璃微珠及其制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種局部疏水玻璃微珠，包括表面封閉無孔的球形玻璃微珠，其特征在于：玻璃微珠的表面上設(shè)有疏水膜層，其中疏水膜層的面積占玻璃微珠表面積的1/2~4/5，疏水部分與親水部分的表面各自連續(xù)，兩種表面的接觸線在微珠表面呈圓形，圓的周長取決于疏水面積的比例。

4、一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

5、（1）選擇中位徑（d50）范圍為5~100?μm，粒度分布跨度不大于0.2的玻璃微珠，隨后對玻璃微珠進(jìn)行清洗、干燥后備用；

6、（2）將干燥后的玻璃微珠放置于設(shè)有一組球面凹槽的基板上，使玻璃微珠的一部分表面裸露出來，根據(jù)所選基板凹槽尺寸的不同，玻璃微珠裸露面積占其整個球體面積的1/2~4/5；

7、（3）對玻璃微珠裸露出來的表面采用疏水劑（烷基硅氧烷或氟化硅氧烷溶液）進(jìn)行處理，隨后經(jīng)過熱處理（90~200℃下保溫時間1~10?min）完成固化成膜；

8、（4）將表面成膜后的玻璃微珠從設(shè)有球面凹槽的基板中剝離，即得到局部疏水玻璃微珠。

9、進(jìn)一步，所述玻璃微珠為實心玻璃微珠或空心玻璃微珠。如果使用的是空心玻璃微珠，為保持微珠在刮涂過程中的結(jié)構(gòu)完整性，其氣壓法測試的抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足：20?mpa(10min)，破球率≤20%。

10、進(jìn)一步，在步驟（1）所述玻璃微珠的獲取過程中，分選前，玻璃微珠的粒徑范圍為1~150?μm；通過使用旋振篩設(shè)備搭配不同目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行分選，得到符合目標(biāo)中位徑和粒度分布跨度的玻璃微珠粉體。

11、進(jìn)一步，所述粒度分布的跨度計算方法為?(d90－d10)/d50。

12、進(jìn)一步，所述同一基板上球面凹槽等距排列、大小相等；球面凹槽的深度小于或等于相應(yīng)球體的半徑；球面凹槽的水平間距在玻璃微珠粉體粒徑的d50~d97之間，以保證水平方向盡可能多地排布玻璃微珠，減少過大的玻璃微珠，以利于刮涂過程中玻璃微珠膜層涂布的均勻性、一致性。

13、進(jìn)一步，所述凹槽所對應(yīng)的球體直徑等于待疏水處理的玻璃微珠粉體的中位徑(d50)。

14、進(jìn)一步，所述基板采用無機(jī)玻璃或陶瓷等剛性材料。

15、進(jìn)一步，所述采用疏水劑進(jìn)行處理的步驟為：

16、a.根據(jù)基板面積和凹槽數(shù)量計算大致可放置的微珠數(shù)量，換算成微珠粉體質(zhì)量，稱取相應(yīng)質(zhì)量的玻璃微珠備用；

17、b.為避免玻璃微珠尤其是空心玻璃微珠粉體在空氣中產(chǎn)生揚塵而導(dǎo)致環(huán)境污染和原材料浪費，提高表面處理效率，采用真空手套箱提供制備局部疏水玻璃微珠的環(huán)境；在負(fù)壓環(huán)境下，將定量的玻璃微珠通過漏斗形出料口近距離垂落在水平放置的矩形基板其中一個邊緣附近，使微珠粉體鋪成一條與上述基板邊緣平行的料帶，料帶長度與垂直于刮涂移動方向的凹槽陣列邊長相當(dāng)；抬高鋪有料帶的基板一側(cè)，使其傾斜一定角度，使玻璃微珠向下均勻緩慢滑落在基板表面各凹槽中；或者采用橡膠刮板，將基板上鋪成料帶的玻璃微珠刮落在凹槽陣列中；或者根據(jù)微珠大小和基板的面積等實際情況將上述兩種方法結(jié)合使用；在將微珠放入凹槽的過程中，經(jīng)過篩選的粒徑集中在中位徑附近的玻璃微珠留在基板上，少數(shù)的過大粒徑的微珠滾落或被刮離基板表面；

18、c.將放置好玻璃微珠的基板固定在線棒刮涂機(jī)上；刮涂前，沿基板和線棒接觸線前方附近滴落適量的疏水劑；根據(jù)期望膜層厚度和疏水劑粘度設(shè)置線棒的移動速率完成刮涂過程；將完成疏水劑涂布的基板從手套箱中取出后放入熱處理設(shè)備中進(jìn)行疏水膜層固化。

19、進(jìn)一步，所述玻璃微珠的剝離方法為采用高頻振動的方式將疏水后的玻璃微珠與基板分離；振動源包括但不限于氣動振動器、電動振動器等。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、1.本發(fā)明創(chuàng)造性地提供了一種兼具親水性和疏水性復(fù)合表面的玻璃微珠及其制備方法；

22、2.本方法制備的局部疏水玻璃微珠（玻璃微珠的局部疏水化是在帶有球面凹槽陣列的基板上批量化進(jìn)行的，玻璃微珠疏水化前具有親水性，是實心結(jié)構(gòu)或空心結(jié)構(gòu)）粒徑分布集中，同時適用于空心玻璃微珠和實心玻璃微珠，不受玻璃微珠密度限制；使用疏水劑少，基本不存在疏水劑廢液和浪費；在真空手套箱中制備，沒有粉塵和有機(jī)氣體污染；

23、3.玻璃微珠表面一部分具有疏水性，其余部分具有親水性，在用作乳液型涂料填料或有機(jī)樹脂基復(fù)合材料填充劑時可起到類似表面活性劑或偶聯(lián)劑的作用，有效提高其在材料體系中的混合均勻性、改善結(jié)合力。

技術(shù)特征：

1.一種局部疏水玻璃微珠，包括表面封閉無孔的球形玻璃微珠，其特征在于：玻璃微珠的表面上設(shè)有疏水膜層，其中疏水膜層的面積占玻璃微珠表面積的1/2~4/5，疏水部分與親水部分的表面各自連續(xù)，兩種表面的接觸線在微珠表面呈圓形。

2.一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于：所述玻璃微珠為實心玻璃微珠或抗壓強(qiáng)度滿足20?mpa氣壓下破球率不大于20%的空心玻璃微珠。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于：所述同一基板上球面凹槽等距排列、大小相等；球面凹槽的深度小于或等于相應(yīng)球體的半徑；球面凹槽的水平間距在玻璃微珠粉體粒徑的d50~d97之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于：所述凹槽所對應(yīng)的球體直徑等于待疏水處理的玻璃微珠粉體的中位徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于所述基板采用無機(jī)玻璃或陶瓷。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于：所述熱處理的溫度為90~200℃，時間為1~10?min。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于所述采用疏水劑進(jìn)行處理的步驟為：

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于：所述玻璃微珠的剝離方法為采用高頻振動的方式將疏水后的玻璃微珠與基板分離。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種局部疏水玻璃微珠的制備方法，其特征在于振動源包括但不限于氣動振動器、電動振動器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種局部疏水玻璃微珠及其制備方法，其特征在于：（1）選擇D50為5~100?μm，粒度分布跨度不大于0.2的玻璃微珠，對玻璃微珠進(jìn)行清洗、干燥；（2）將玻璃微珠放置于設(shè)有一組球面凹槽的基板上；（3）對玻璃微珠裸露出來的表面采用疏水劑烷基硅氧烷或氟化硅氧烷溶液進(jìn)行處理，隨后經(jīng)熱處理完成固化成膜；（4）將表面成膜后的玻璃微珠從設(shè)有球面凹槽的基板中剝離。本發(fā)明優(yōu)點：提供了一種兼具親水性和疏水性復(fù)合表面的玻璃微珠及其制備方法；局部疏水玻璃微珠在用作乳液型涂料填料或有機(jī)樹脂基復(fù)合材料填充劑時可起到類似表面活性劑或偶聯(lián)劑的作用，有效提高其在材料體系中的混合均勻性、改善結(jié)合力。

技術(shù)研發(fā)人員：鮑田,王東,彭小波,劉暢,甘治平,李剛,湯永康,姚婷婷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中建材玻璃新材料研究院集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19