Hollow glass microspheres (HGM), as a filler in composite materials, have been widely applied in fields such as coating and painting, specialty materials, and resource exploration due to their lightweight, hollow structure, thermal insulation, and chemically stable properties. In recent years, within the coatings industry, researchers have significantly addressed challenges such as poor interfacial compatibility and weak interfacial bonding strength between HGM and resin matrices through modification technologies. These advancements have gradually mitigated various defects in HGM-enhanced coatings, leading to increasingly broader application scopes and more outstanding performance characteristics. This article will briefly analyze the diverse applications of hollow glass microspheres in the coatings field and explore their future prospects.
断熱コーティング
HGMは、密度が低く、流動性が高く、熱伝導率が低いという特徴があるため、断熱複合材料の重要な充填材として機能します。小さな中空の球体形状により、シェルに当たったときの光の進み方が変わります。これにより、コーティングの後方散乱と光反射率が向上します。その結果、外部の熱放射エネルギーの通過が低減され、熱が外部に漏れるのを防ぎます。また、HGMの薄壁中空構造は、空気に近い熱伝導率（0.026 W/(m·K)）を持ちます。この特徴により、コーティングの両面での熱伝導を効果的に低減できます。
最近、研究者はさまざまな断熱コーティングに HGM を使用しています。
断熱効果はいくつかの重要な要素に依存します。
- 粒子サイズ
- 粒子密度
- コーティングの厚さ
- 追加された金額
通常、断熱コーティングを厚くすると、HGM の断熱効果が向上します。ただし、乾燥時にウェットフィルムが著しく収縮し、コーティングの接着性が大幅に低下することもあります。コーティングの厚さを減らしながら接着性を向上させることが重要な課題です。効果的な表面改質と HGM の均一な分散が必要です。また、コーティングが優れた断熱性能を維持できるようにする必要があります。このバランスは、現在の研究で非常に重要です。
難燃コーティング
HGM は無機材料です。不燃性で難燃性です。これらの特性により、難燃性コーティングの製造に使用できます。HGM は熱伝達を遅らせることで難燃剤として機能します。熱伝導率が低いため、外部の熱が内部に到達するのが遅くなります。これにより、コーティング表面での炎の広がりが遅くなります。その結果、基材の熱分解速度が低下します。また、HGM は軽量であるため、厚くて膨張しない難燃性コーティングの密度が低くなります。これにより、鉄骨構造基材への負荷が軽減されます。
研究によると、HGM を充填剤として使用した難燃性コーティングは、膨張パーライトやセピオライトを使用したものよりも効果が高いことが示されています。これは、同じ量を添加した場合でも当てはまります。他の研究者は、HGM を充填剤と組み合わせました。これには、ナノシリカ、中空シリカマイクロビーズ、炭化ホウ素が含まれます。彼らは、難燃性性能に最適な組み合わせを見つけました。膨張性難燃性コーティングの HGM は、他の難燃剤の膨張も防ぎます。これにより、コーティングが剥がれ、難燃強度が低下する可能性があります。したがって、難燃性充填剤として使用される場合、HGM は非膨張性難燃性コーティングでより多く使用されます。
防錆コーティング
HGM has strong compressive strength and resists corrosion well. It also has good chemical stability. So, it can be used to make anti-corrosion coatings. It boosts wear and impact resistance in the coating. It also reduces porosity. This slows salt and moisture from getting in. As a result, the steel structure lasts longer. In anti-corrosion coatings, HGM helps zinc powder spread out evenly. Its round shape is like a ball bearing. This makes the coating flow better. It stops the filler from settling and boosts zinc powder efficiency.
研究者たちは、亜鉛粉末の一部を HGM に置き換えることでコーティング コストを削減できることを発見しました。HGM は依然として防食基準を満たしていますが、塩水噴霧耐性は低くなります。HGM とチキソトロピー剤は相性がよく、亜鉛粉末が凝集したり沈降したりするのを防ぎます。これにより、保管中に防食コーティングを安定させることができます。HGM は正球形構造です。つまり、他のフィラーよりも油を吸収しにくいということです。そのため、コーティングの粘度を下げるのに役立ちます。その結果、施工性能が向上します。HGM はコーティングの流動性を向上させることができます。これにより、亜鉛粉末が均一に分散します。また、塗膜のひび割れを防ぎ、ひび割れの自己修復を促進します。
レーダー吸収コーティング
吸収コーティングは軍事兵器に重要な用途があります。従来の吸収コーティングでは、フェライトや金属粉末などの充填剤がよく使用されます。これらの材料は密度が高いため、武器や装備の重量を軽減することが困難です。HGM はそれ自体では吸収しません。ただし、Ag、Ni、Co、Cu などの金属でメッキすると、優れた吸収材料になります。HGM の中空構造は、電磁波を何度も反射できます。表面の金属は、ヒステリシス損失と強磁性共鳴損失を生み出します。この組み合わせにより、効果的に電磁シールドが実現します。
現在の研究によると、HGM への化学金属めっきは主に吸収材の作成を目的としています。吸収コーティングの充填材や接着剤として使用されることはまれです。HGM を金属またはフェライトでコーティングすると、吸収コーティングでの使用が向上します。このアプローチは、薄く、軽く、幅が広く、強度のある材料を作成することを目的としています。
HGM は研究開発において大きな進歩を遂げました。断熱コーティング、難燃コーティング、防食コーティング、レーダー吸収コーティングなど、いくつかの分野で進歩を遂げています。HGM はコーティング分野に刺激的な計画を立てています。機能品質の向上に重点を置く予定です。また、生産コストの削減も目指しています。改質方法の最適化も重要な目標の 1 つです。さらに、分散性と機械的特性の向上も目指しています。最後に、HGM は低密度コーティング市場での拡大を計画しています。