干貨 | 一文了解氣相二氧化硅在涂料中的應(yīng)用特性！

氣相二氧化硅又稱為氣相白炭黑，是將鹵代硅烷在高溫火焰中水解而生成的非晶質(zhì)二氧化硅及其表面改性產(chǎn)品，是一種白色蓬松狀的高純納米無機(jī)非金屬氧化物，廣泛應(yīng)用于有機(jī)硅彈性體、涂料、膠粘劑、油墨、造紙、食品、化妝品、化學(xué)機(jī)械拋光等領(lǐng)域。

氣相二氧化硅 涂料

　　在涂料領(lǐng)域，氣相二氧化硅具有增稠、觸變、抗沉淀、消光等作用，并能改善涂料在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用以及漆膜固化以后的工藝應(yīng)用性，是重要的功能性填料。

1、用作流變助劑

　　氣相二氧化硅表面帶有大量的羥基，這些羥基會(huì)在其聚集體之間形成氫鍵，當(dāng)充分分散于涂料中時(shí)，便形成二氧化硅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

　　一方面，在施工過程中，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)。而二氧化硅網(wǎng)絡(luò)能夠有效地阻止涂料的移動(dòng)而形成邊，同時(shí)還可防止涂料在固化過程中的流掛現(xiàn)象，使涂層均勻。

　　另一方面，氣相二氧化硅由于能形成氫鍵使得體系的中低剪切粘度提高，起到增稠作用，并產(chǎn)生觸變現(xiàn)象。正因此，氣相二氧化硅在油性體系中的應(yīng)用非常廣泛。

　　此外，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)用過程中必須適當(dāng)分散，才能取得最好的效果。假若分散不足，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)便不能充分形成，但過度分散又會(huì)造成二氧化硅粒子之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到徹底破壞，即使長(zhǎng)時(shí)間停止施加剪切力，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也很難恢復(fù)。

　　在涂料生產(chǎn)過程中，氣相二氧化硅的表面處理、添加方式、分散設(shè)備的選擇等，都會(huì)影響氣相二氧化硅在涂料中的分散狀態(tài)。一般情況下，最好先將氣相二氧化硅分散成預(yù)漿，然后再投入粉料分散完全。

2、用作防沉劑

　　氣相二氧化硅粒度小，比表面積大，表面上帶有硅烷醇基團(tuán)。這些硅烷醇基可與鄰近的氣相二氧化硅顆粒間相互作用而形成氫鍵。

　　氫鍵作用使其形成觸變形結(jié)構(gòu)。氣相二氧化硅的懸浮作用正是由于它分散于溶液中時(shí)會(huì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使體系中的顆粒不易聚結(jié)和發(fā)生相的分離。同時(shí)體系的黏度提高也有利于阻止體系中各組分的運(yùn)動(dòng)。

　　作為一種理想的防沉劑，一方面，氣相二氧化硅對(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。氫鍵作用使其形成觸變形結(jié)構(gòu)。

　　另一方面，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，都極易沉淀且不能完全懸浮，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%～0.8%的范圍內(nèi)，但特殊情況下，比如富鋅漆，需增加到2%。

3、用作助分散劑

　　在粉末涂料體系中，由于氣相二氧化硅的小粒徑和高表面能，可吸附在涂料粉體的表面，并在粉體表面形成一個(gè)表層，提高涂料的分散性及噴涂性能，故可作為助分散劑使用。

　　值得注意的是要控制氣相二氧化硅的添加量，一般不宜超過1%。因?yàn)樘砑恿窟^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。

　　而要提高助分散劑在粉體顆粒的粘結(jié)附著力，最好采用疏水型白炭黑，因?yàn)樵谛∥⒚壮叽绶秶鷥?nèi)，它們可以使粉體顆粒吸附力最大化。同時(shí)由于是疏水型產(chǎn)品，覆蓋在粉體顆粒時(shí)可減少水分的吸附，這樣可以防止涂料結(jié)塊。

4、用作消光劑

　　氣相二氧化硅由于微小的粒徑和形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有明顯的光散射能力。其折射指數(shù)與涂料工業(yè)中使用的大部分樹脂的折射指數(shù)相近，為1.46，因此，氣相二氧化硅用于清漆中具有良好的光學(xué)性能，成為高檔涂料消光劑的首選。

　　影響氣相二氧化硅消光劑的主要特征參數(shù)有孔體積（孔隙度）、平均粒徑和粒徑分布、表面處理等。對(duì)于給定的氣相二氧化硅消光劑來說，其消光效率隨著孔體積的增大而提高。氣相二氧化硅的平均粒徑及其粒徑分布對(duì)于涂料光澤度的降低起重要作用。對(duì)于給定涂料和涂膜厚度，在消光劑粒徑與涂料干膜厚度相對(duì)應(yīng)時(shí)，消光效果最好。粒徑分布的頻帶越窄其消光效率越高。

5、其他應(yīng)用特性

　　（1）氣相二氧化硅采用甲基丙烯硅烷進(jìn)行表面處理后，添加到聚氨酯涂料中，可以起到耐摩擦的作用。加入5%～15%的氣相二氧化硅，一方面堅(jiān)固地嵌在涂膜中，聚集體的顆粒部分暴露于成膜后的涂料表面上，形成微觀粗糙度，這種微觀結(jié)構(gòu)使涂膜表面不滑和不粘連，磨擦系數(shù)大大提高，可提高10%～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。

　　（2）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。

　　（3）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。

　　不管是現(xiàn)在還是未來的制造都朝著功能化、綠色化方向發(fā)展，環(huán)保型涂料、功能型涂料也應(yīng)運(yùn)而生。氣相二氧化硅的制造也必須朝著功能化、個(gè)性化方向發(fā)展，為發(fā)揮氣相二氧化硅良好性能，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)與涂料用戶密切溝通，要充分考慮其在涂料中的分散、穩(wěn)定等關(guān)鍵因素，同時(shí)在配方設(shè)計(jì)過程中要注意涂料體系對(duì)其的影響。

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