7631-86-9 / 氣相二氧化硅在涂料中的應(yīng)用

流變性是涂料的重要性能，它直接影響到涂料的外觀、施工性能及貯存穩(wěn)定性等性能，而不同涂料體系對(duì)流變助劑的要求也有差異。對(duì)于油性體系而言，大部分流變助劑都是形成氫鍵而起作用，表面未處理的氣相二氧化硅聚集體是含有多個(gè)羥基，一是孤立的、未受干擾的自由羥基；二是連生、彼此形成氫鍵的鍵合羥基。

氫鍵鍵合羥基在油性體系中極易形成均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（氫鍵）受機(jī)械影響（剪切力）時(shí)會(huì)破壞，粘度下降，使涂料恢復(fù)良好的流動(dòng)性；當(dāng)剪切力消除后，三維結(jié)構(gòu)（氫鍵）會(huì)自行恢復(fù)，粘度上升。在完全非極性液體中，粘度回復(fù)時(shí)間只需幾分之一秒，在極性液體中，回復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，取決于氣相二氧化硅的濃度和其分散程度。這一特性賦予油性涂料非常好的貯存性能和施工性能，特別是厚漿型涂料（如船舶漆），既能保證涂料在一定的施工剪切力下有良好的流動(dòng)性，又能保證涂膜的一次施工厚度。在施工過(guò)程中，由于涂層邊緣的溶劑揮發(fā)較快，導(dǎo)致表面張力不均勻，容易使涂料向邊緣移動(dòng)，二氧化硅網(wǎng)絡(luò)能夠有效地阻止涂料的移動(dòng)而形成厚邊，同時(shí)還可防止涂料在固化過(guò)程中的流掛現(xiàn)象，使涂層均勻。與此同時(shí)，氣相二氧化硅由于能形成氫鍵而提高體系的中低剪切粘度，從而起到增稠作用。因此，氣相二氧化硅在油性體系當(dāng)中的應(yīng)用非常廣泛。不過(guò)在水性體系中，由于水分子也會(huì)與氣相二氧化硅形成氫鍵，大大影響其作用，所以通常會(huì)對(duì)其表面進(jìn)行封端處理，并引入氧化鋁等改性，利用配位效應(yīng)而起流變作用，以避開(kāi)水的影響。但從目前應(yīng)用的情況來(lái)看，都不是很理想，需要反復(fù)搭配實(shí)驗(yàn)，而且使用不當(dāng)時(shí)還會(huì)導(dǎo)致體系有肝化的趨勢(shì)。

防沉劑
氣相二氧化硅是一種理想的防沉劑，它形成的氫鍵結(jié)構(gòu)非常均勻穩(wěn)定，而且是三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于防止涂料體系中顏料的沉淀非常有效。特別是對(duì)于色漿體系，適當(dāng)?shù)奶砑恿繉⒋蟠筇岣呱珴{的穩(wěn)定性，而且能夠減少潤(rùn)濕分散劑的量，以提高色漿的適用性并減少色漿對(duì)涂料體系的影響。氣相二氧化硅的防沉作用對(duì)涂料存放非常有利，特別是某些顏料如金屬粉和薄片，都極易沉淀及不能完全懸浮，使用氣相二氧化硅可保證其分散不沉淀。以配方總量計(jì)，二氧化硅用量在0.4%至0.8%的范圍內(nèi)，但特殊情況下，比如富鋅漆，需增加到2%。

助分散劑
在粉末體系中，由于氣相二氧化硅的小粒徑和高表面能，它們可以吸附在涂料粉體的表面，并在粉體表面形成一個(gè)表層，提高粉料的分散性。在同一涂料系統(tǒng)中，加入氣相二氧化硅可以明顯縮短分散時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。但值得注意的是，先將白炭黑分散完全效果更好。作為助分散劑的二氧化硅添加量不宜太多，一般不超過(guò)1%，因?yàn)樘砑恿窟^(guò)多會(huì)造成體系觸變性能太強(qiáng)，導(dǎo)致分散時(shí)邊緣剪切力不夠而呈凍狀，影響分散效率。特殊情況如富鋅漆需要添加2%時(shí)，可以同時(shí)配搭其它流變助劑一起使用，并利用醇類溶劑調(diào)整氣相二氧化硅的流變性能。

消光劑
氣相二氧化硅折光指數(shù)1.46 , 與成膜樹(shù)脂的折光指數(shù)接近，對(duì)漆膜顏色沒(méi)有影響。在成膜過(guò)程中遷移到漆膜表面，能使漆膜表面產(chǎn)生預(yù)期粗糙度，明顯地降低其表面光澤，是一種良好的消光劑。使用氣相二氧化硅時(shí)要注意與漆膜厚度的匹配，在厚膜漆里采用顆粒非常細(xì)的氣相二氧化硅，是不能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇植诙鹊奈⒓?xì)表面，反之如在薄膜漆里采用顆粒粗大氣相二氧化硅，雖然其消光效果非常好，但是漆膜表面的粗糙度將不能為絕大多數(shù)用戶接受。一般來(lái)說(shuō)，氣相二氧化硅粒度約為3－7μm，適合干膜厚度為15－40μm的涂料體系。用氣相二氧化硅配漆，除了配成漿狀物后加到漆里分散外，還可直接調(diào)配在漆中。通常在容器內(nèi)，以線速度20m/s（約1000r/min）的攪拌葉輪分散10－15分鐘就可達(dá)到充分的分散。

抗耐磨劑
氣相二氧化硅采用甲基丙烯硅烷進(jìn)行表面處理后，可以添加到聚氨酯涂料中，起到耐摩擦的作用。加入5％－15％的氣相二氧化硅，耐摩擦性可提高10％至35％，同時(shí)涂料的流變性能和干膜的光學(xué)性能都不受負(fù)面影響。此時(shí)，添加量大的氣相二氧化硅應(yīng)該認(rèn)為是活性填料，而不是助劑。

其它作用
氣相二氧化硅還可以提高涂料的耐候性、抗劃傷性，提高涂層與基材之間的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，氣相二氧化硅具有極強(qiáng)的紫外線吸收、紅外光反射特性，填加在涂料中能提高涂料的抗老化性能。

氣相二氧化硅在涂料中應(yīng)用的主要技術(shù)關(guān)鍵

分散
氣相二氧化硅比表面積大，表面能高，非常容易團(tuán)聚，在應(yīng)用過(guò)程中必須適當(dāng)分散，才能取得最有效的作用。在涂料生產(chǎn)過(guò)程中，氣相二氧化硅的表面處理、添加方式、分散設(shè)備的選擇等，影響到氣相二氧化硅在涂料中的分散狀態(tài)。假若分散不足，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)便不能充分形成，分散過(guò)度又只能形成小部分網(wǎng)絡(luò)。與其它增稠劑類似，分散時(shí)漿料的配比直接決定了分散效率，只有合適的配比才能分散完全；添加次序?qū)Ψ稚⑿室灿杏绊?，一般情況下，最好是先把白炭黑分散成預(yù)漿，然后再投入粉料分散細(xì)度。如果同時(shí)將白炭黑和粉料一起投料并分散，將降低分散效率，直接影響白炭黑的增稠及防沉等效果。

穩(wěn)定
氣相二氧化硅添加到基料中配制成涂料后，氣相二氧化硅分散狀態(tài)的穩(wěn)定性，對(duì)涂料性能有很大的影響，一方面要防止氣相二氧化硅進(jìn)一步團(tuán)聚、絮凝，另一方面有要保持氣相二氧化硅在涂料中的特殊功能。這也是業(yè)內(nèi)人士正在研究的課題之一。

配比及體系性質(zhì)
氣相二氧化硅作為助劑添加到涂料中，有最佳的添加量，如添加量不足，起不到預(yù)期的效應(yīng)。但添加量過(guò)多，不但浪費(fèi)，而且還可能起副作用，使涂料產(chǎn)品質(zhì)量下降。要充分發(fā)揮氣相二氧化硅的功能，必須對(duì)涂料配方充分了解，分析哪些原料會(huì)妨礙或促進(jìn)氣相二氧化硅的功能，選擇最佳的添加量。通常具有多重氫鍵的原料都可提高其效率。另外，水性體系的PH值對(duì)氣相二氧化硅的功能有很大影響，PH在7.5至8.5之間時(shí)，除非加入添加劑，否則氣相二氧化硅將不能有效發(fā)揮其作用，PH大于10.8時(shí)，氣相二氧化硅便會(huì)溶于水中。

結(jié)論
1）氣相二氧化硅由于其特殊結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于涂料行業(yè)中，起到增稠、觸變、消光等作用。
2）氣相二氧化硅要發(fā)揮其良好性能，要充分考慮其在涂料中的分散、穩(wěn)定等應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)在配方設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意涂料體系對(duì)其的影響。