一种包覆弹性体的空心微球及其制备工艺与应用

摘要

本发明涉及一种包覆弹性体的空心微球及其制备工艺与应用。包覆弹性体的空心微球包括空心微球及包覆在空心微球外面的弹性体，弹性体由弹性树脂在光引发剂作用下经紫外光固化而成。该微球可用于作为填充材料提高吸声性能。与现有技术相比，本发明所得微球作为填充材料，相比普通空心微球材料，不仅能达到增强减重效果，而且由于弹性体包覆层的存在，吸声性能更好；本发明采用沸腾床结合紫外灯作为反应器，可实现聚氨酯类、丙烯酸类等弹性树脂的快速固化，一般在60s左右内完成，并且减少或者杜绝了挥发性溶剂的使用，保护环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂基复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种包覆弹性 体的空心微球及其制备工艺与应用。

背景技术

弹性体是指在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态 和尺寸的高分子材料。空心微球作为一种填充材料，具有重量轻、体积大、导 热系数低，分散性、流动性、稳定性好的优点，利用空心微球增强减重是改性 复合材料有效途径之一。

为了满足对材料越来越高的需求，在空心微球表面包覆弹性体作为填充材 料，可以满足目前的一些例如吸声等的特殊需求。利用弹性体的弹性弛豫效应 吸声和空心微球的空腔共振吸声，多重界面效应，可以大大提高材料的吸声能 力。

紫外光(UV)固化是利用光引发剂(光敏剂)的感光性、在紫外线光照射下光 引发形成激发生态分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚合、 接技、交联等化学反应达到固化的目的，该反应所需活化能低，可进行低温固 化。沸腾床又称流化床，可以将固体颗粒形成状如沸腾液体的流态化固体颗粒 层。床层处于运动的状态，结合紫外光照射，使得物料照射面积增大大且照射 均匀。利用沸腾床结合紫外灯作为该包覆过程的反应器，可以使得包覆材料包 覆紧密、颗粒均匀、固化时间短，减少或者杜绝了挥发性溶剂的使用，保护环 境。

中国专利CN102850777A公布了一种用于水下吸声的聚氨酯微孔穴复合 材料及其制作方法，它由A组分和B组分组成；所述A组分含有聚氨酯弹 性体基材、低密度低声速空心微球和高密度高声速粉末填料。其制作方法为先 合成10～20％异氰酸根含量的聚氨酯预聚体，然后配制B组分，将上述A组 分和B组分分别升温把B组分倒入A组分中，灌注到模具中，常温固化。该 材料采用常温或者加温常压固化。可一次性成型复杂造型制品或者大尺寸制 品。不含易污染水池水质的添加剂及其他工艺助剂，因此更加符合环保要求。 但是上述材料制备工艺较为复杂，同时复合材料包括吸声性能在内的材料性能 较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种包覆弹 性体的空心微球及其制备工艺与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种包覆弹性体的空心微球，包括空心微球及包覆在空心微球 外面的弹性体，所述的弹性体由弹性树脂在光引发剂作用下经紫外光固化而 成，各原料配比如下：

空心微球40-90重量份；

弹性树脂10-60重量份；

光引发剂0.1-2重量份。

所述的空心微球选自空心玻璃微球、空心陶瓷微球、多孔矿物粉或粉煤灰 中的一种或几种。

所述的弹性树脂选自聚氨酯类树脂或丙烯酸酯类树脂，或两者的混合物。

所述的光引发剂选自碘鎓盐、硫鎓盐或安息香乙醚中的一种或多种。

所述的弹性体内还包括偶联剂和/或表面活性剂，以提高制品的性能，所述 的偶联剂选自异丁基三乙氧基硅、乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、硬脂 酸基钛酸酯中的一种或几种，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸 或十六烷基三甲基氯化铵中的一种或几种。

本发明还提供一种包覆弹性体的空心微球的制备工艺，在沸腾床悬浮空心 微球，再喷入雾化的包括弹性树脂与光引发剂的弹性体材料，同时经紫外光照 射，包覆在空心微球表面的弹性树脂快速固化形成弹性体。具体步骤如下：

1)空心微球置于沸腾床反应腔体底部；

2)从沸腾床反应腔体底部气体入口注入空气，调节气流大小，使得空心 微球处于悬浮状态；

3)包括弹性树脂与光引发剂的弹性体材料置于沸腾床反应腔体上部的储 料室，由雾化喷嘴喷入沸腾床反应腔体内；

4)在沸腾床反应腔体内上方安装有紫外灯，打开紫外灯照射一定时间；

5)包覆在空心微球上的弹性树脂在光引发剂作用下经紫外光固化形成弹 性体，关闭紫外灯，取出产品。

本发明最后提供包覆弹性体的空心微球的应用，将包覆弹性体的空心微球 用于作为填充材料，以提高吸声性能等要求。其理论依据为：利用弹性体的弹 性弛豫效应吸声和空心微球的空腔共振吸声，多重界面效应，可以大大提高材 料的吸声能力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1)作为填充材料，相比普通空心微球材料，不仅能达到增强减重效果， 而且由于弹性体包覆层的存在，吸声性能更好。

2)采用沸腾床结合紫外灯作为反应器，可实现聚氨酯类、丙烯酸类等弹 性树脂的快速固化，一般在60s左右内完成。并且减少或者杜绝了挥发性溶剂 的使用，保护环境。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

包覆弹性体的空心微球的制备工艺，包括以下步骤：

1)将玻璃空心微球90kg置于沸腾床反应腔体底部；

2)从沸腾床反应腔体底部气体入口注入空气，调节气流为1.5m3/h，使得 空心微球处于悬浮状态；

3)将丙烯酸酯10kg，4,4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐0.2kg混合均匀；

4)混合后的原料置于沸腾床反应腔体上部的储料室，由雾化喷嘴喷入沸 腾床反应腔体内；

5)打开沸腾床反应腔体内上方安装的紫外灯照射60s左右；

6)包覆在空心微球上的弹性树脂在紫外光照射下快速固化，关闭紫外灯， 取出产品。

实施例2

包覆弹性体的空心微球的制备工艺，包括以下步骤：

1)玻璃空心微球40kg置于沸腾床反应腔体底部；

2)开从沸腾床反应腔体气体入口注入空气，调节气流为1.0m3/h，使得空 心微球处于悬浮状态。

3)将聚氨酯丙烯酸酯树脂60kg、乙烯基硅烷偶联剂2kg、硬脂酸0.2kg， 三苯基硫翁六氟磷酸盐0.2kg混合均匀；

4)混合后的原料置于沸腾床反应腔体上部的储料室，由雾化喷嘴喷入沸 腾床反应腔体内。

5)打开沸腾床反应腔体内上方安装的紫外灯照射60s左右；

6)包覆在空心微球上的弹性树脂在紫外光照射下迅速固化，关闭紫外灯， 取出产品。

本实施例乙烯基硅烷偶联剂可由异丁基三乙氧基硅、氨基硅烷、环氧基硅 烷、硬脂酸基钛酸酯替代。

本实施例硬脂酸也可由十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵替代。

实施例3

包覆弹性体的空心微球的制备工艺，包括以下步骤：

1)陶瓷空心微球90kg置于沸腾床反应腔体底部；

2)开从沸腾床反应腔体气体入口注入空气，调节气流为1.8m3/h，使得空 心微球处于悬浮状态。

3)将聚氨酯丙烯酸酯树脂40kg、乙烯基硅烷偶联剂2kg、硬脂酸0.2kg、 安息香乙醚0.2kg混合均匀；

4)弹性树脂、偶联剂及表面活性剂混合物置于沸腾床反应腔体上部的储 料室，由雾化喷嘴喷入沸腾床反应腔体内。

5)打开沸腾床反应腔体内上方安装的紫外灯照射60s左右；

6)包覆在空心微球上的弹性树脂在紫外光照射下迅速固化，关闭紫外灯， 取出产品。

本实施例乙烯基硅烷偶联剂可由异丁基三乙氧基硅、氨基硅烷、环氧基硅 烷、硬脂酸基钛酸酯替代。

本实施例硬脂酸也可由十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵替代。

实施例4

将聚氨酯预聚体20kg、丙烯酸酯40kg、安息香乙醚0.2kg混合均匀，置于 反应腔体上部的储料室。

本实施例其他操作步骤同实施例1。

实施例5

将粉煤灰60kg置于沸腾床反应腔体底部，调节沸腾床气流为0.5m3/h。

本实施例其他操作步骤同实施例2。

实施例6

将多空矿物粉40kg置于沸腾床反应腔体底部，调节沸腾床气流为1.2m3/h。

本实施例其他操作步骤同实施例3。

实施例7

同实施例2，不同的是聚氨酯丙烯酸酯树脂10kg

为了更好的说明实施例1～7，将实施例1～7制得的包覆弹性体的空心微球 作为填充材料，制作PVC板，填充量10％，性能测试数据如下：

从以上测试性能可以看出，其隔音量在30-35dB之间，说明以上实施例制 备的包覆弹性体的空心微球作为填充材料时，可以大大提高材料的吸声能力。 制作的PVC板的密度在1.35-1.50kg/cm³之间，可以看出其相比普通空心微球 材料具有减重效果。同时由其拉伸强度与弯曲强度可以看出其力学性能优良。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使 用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因 此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本 发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。