7631-86-9 / 气相二氧化硅在涂料中的应用

流变性是涂料的重要性能，它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等性能，而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。对于油性体系而言，大部分流变助剂都是形成氢键而起作用，表面未处理的气相二氧化硅聚集体是含有多个羟基，一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生、彼此形成氢键的键合羟基。

氢键键合羟基在油性体系中极易形成均匀的三维网状结构，这种三维网状结构（氢键）受机械影响（剪切力）时会破坏，粘度下降，使涂料恢复良好的流动性；当剪切力消除后，三维结构（氢键）会自行恢复，粘度上升。在完全非极性液体中，粘度回复时间只需几分之一秒，在极性液体中，回复时间较长，取决于气相二氧化硅的浓度和其分散程度。这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能，特别是厚浆型涂料（如船舶漆），既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性，又能保证涂膜的一次施工厚度。在施工过程中，由于涂层边缘的溶剂挥发较快，导致表面张力不均匀，容易使涂料向边缘移动，二氧化硅网络能够有效地阻止涂料的移动而形成厚边，同时还可防止涂料在固化过程中的流挂现象，使涂层均匀。与此同时，气相二氧化硅由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度，从而起到增稠作用。因此，气相二氧化硅在油性体系当中的应用非常广泛。不过在水性体系中，由于水分子也会与气相二氧化硅形成氢键，大大影响其作用，所以通常会对其表面进行封端处理，并引入氧化铝等改性，利用配位效应而起流变作用，以避开水的影响。但从目前应用的情况来看，都不是很理想，需要反复搭配实验，而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。

防沉剂
气相二氧化硅是一种理想的防沉剂，它形成的氢键结构非常均匀稳定，而且是三维网状结构。因此，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系，适当的添加量将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。气相二氧化硅的防沉作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料如金属粉和薄片，都极易沉淀及不能完全悬浮，使用气相二氧化硅可保证其分散不沉淀。以配方总量计，二氧化硅用量在0.4%至0.8%的范围内，但特殊情况下，比如富锌漆，需增加到2%。

助分散剂
在粉末体系中，由于气相二氧化硅的小粒径和高表面能，它们可以吸附在涂料粉体的表面，并在粉体表面形成一个表层，提高粉料的分散性。在同一涂料系统中，加入气相二氧化硅可以明显缩短分散时间，提高生产效率。但值得注意的是，先将白炭黑分散完全效果更好。作为助分散剂的二氧化硅添加量不宜太多，一般不超过1%，因为添加量过多会造成体系触变性能太强，导致分散时边缘剪切力不够而呈冻状，影响分散效率。特殊情况如富锌漆需要添加2%时，可以同时配搭其它流变助剂一起使用，并利用醇类溶剂调整气相二氧化硅的流变性能。

消光剂
气相二氧化硅折光指数1.46 , 与成膜树脂的折光指数接近，对漆膜颜色没有影响。在成膜过程中迁移到漆膜表面，能使漆膜表面产生预期粗糙度，明显地降低其表面光泽，是一种良好的消光剂。使用气相二氧化硅时要注意与漆膜厚度的匹配，在厚膜漆里采用颗粒非常细的气相二氧化硅，是不能产生适当的粗糙度的微细表面，反之如在薄膜漆里采用颗粒粗大气相二氧化硅，虽然其消光效果非常好，但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受。一般来说，气相二氧化硅粒度约为3－7μm，适合干膜厚度为15－40μm的涂料体系。用气相二氧化硅配漆，除了配成浆状物后加到漆里分散外，还可直接调配在漆中。通常在容器内，以线速度20m/s（约1000r/min）的搅拌叶轮分散10－15分钟就可达到充分的分散。

抗耐磨剂
气相二氧化硅采用甲基丙烯硅烷进行表面处理后，可以添加到聚氨酯涂料中，起到耐摩擦的作用。加入5％－15％的气相二氧化硅，耐摩擦性可提高10％至35％，同时涂料的流变性能和干膜的光学性能都不受负面影响。此时，添加量大的气相二氧化硅应该认为是活性填料，而不是助剂。

其它作用
气相二氧化硅还可以提高涂料的耐候性、抗划伤性，提高涂层与基材之间的结合强度。同时，气相二氧化硅具有极强的紫外线吸收、红外光反射特性，填加在涂料中能提高涂料的抗老化性能。

气相二氧化硅在涂料中应用的主要技术关键

分散
气相二氧化硅比表面积大，表面能高，非常容易团聚，在应用过程中必须适当分散，才能取得最有效的作用。在涂料生产过程中，气相二氧化硅的表面处理、添加方式、分散设备的选择等，影响到气相二氧化硅在涂料中的分散状态。假若分散不足，三维网状结构便不能充分形成，分散过度又只能形成小部分网络。与其它增稠剂类似，分散时浆料的配比直接决定了分散效率，只有合适的配比才能分散完全；添加次序对分散效率也有影响，一般情况下，最好是先把白炭黑分散成预浆，然后再投入粉料分散细度。如果同时将白炭黑和粉料一起投料并分散，将降低分散效率，直接影响白炭黑的增稠及防沉等效果。

稳定
气相二氧化硅添加到基料中配制成涂料后，气相二氧化硅分散状态的稳定性，对涂料性能有很大的影响，一方面要防止气相二氧化硅进一步团聚、絮凝，另一方面有要保持气相二氧化硅在涂料中的特殊功能。这也是业内人士正在研究的课题之一。

配比及体系性质
气相二氧化硅作为助剂添加到涂料中，有最佳的添加量，如添加量不足，起不到预期的效应。但添加量过多，不但浪费，而且还可能起副作用，使涂料产品质量下降。要充分发挥气相二氧化硅的功能，必须对涂料配方充分了解，分析哪些原料会妨碍或促进气相二氧化硅的功能，选择最佳的添加量。通常具有多重氢键的原料都可提高其效率。另外，水性体系的PH值对气相二氧化硅的功能有很大影响，PH在7.5至8.5之间时，除非加入添加剂，否则气相二氧化硅将不能有效发挥其作用，PH大于10.8时，气相二氧化硅便会溶于水中。

结论
1）气相二氧化硅由于其特殊结构，可广泛应用于涂料行业中，起到增稠、触变、消光等作用。
2）气相二氧化硅要发挥其良好性能，要充分考虑其在涂料中的分散、稳定等应用关键点，同时在配方设计过程中要注意涂料体系对其的影响。