技术分享 | 与水性涂料百搭的HDK®气相二氧化硅如何提高抗流挂性能

发表于2021/9/3 9:30:40| 来源瓦克 Wacker| 作者戴宝杰

摘要:来源:瓦克有机硅功能化学部门的技术工程师 戴宝杰

  涂料用HDK®的优势

  HDK®气相二氧化硅是通过氯硅烷在氢氧焰中水解而制得的。通过该工艺生产的HDK®是高度支化的聚集体。这些聚集体是瓦克气相二氧化硅的基本结构单元,一经冷却,便形成松散的附聚体。

  HDK®的比表面积较大,并且可通过该工艺进行特别调整。HDK®气相二氧化硅由于表面带有大量硅醇基团,因此具有亲水性。通过使硅醇基团发生化学反应等后续处理工艺,也可制造出憎水性二氧化硅。

  涂料用HDK®的优势:

  仅需极少的用量(通常低于2 wt%),就能实现很高的功效:

  l 高效的抗沉淀剂和抗结剂

  l 在整个储存过程中粘度保持不变

  l 加入疏水型HDK®可增强防腐性能

  l 控制流挂性能和流平性能

  l 提高特效颜料的校准效果

  l 控制粉末涂料的流动性能和流态化性能


  良好的流变性能控制

  由于静电相互作用,HDK®在涂料配方中分散后,可形成三维网状结构。这种网状结构首先会根据添加量提高涂料的粘度,直到达到期望的稠度,这样能够防止涂料在储存期间发生沉淀。

  在剪切力作用下,这种支化网状结构会被破坏,导致粘度降低(剪切变稀)。涂覆完成后,HDK®重新形成网状结构,涂料粘度又再度变高(触变性),从而确保流平,同时无流挂,并且确保在固化阶段,涂料在静止状态下能够保持稳定。

图1 影响体系流变性能的主要因素

  1. 气硅和体系的极性差异(如图2所示)

  一般随着涂料体系的极性增强,需要选择疏水化程度更高的HDK®以实现较好的流变效果。

  1)在非极性的PVC和UPR体系,选择亲水的HDK®N20 CN就能实现良好的增稠触变性能,如果对透明性有较高要求,则可选择高比表面积的HDK®T30 CN和HDK®T40 CN。

  2)在中低极性的醇酸树脂和丙烯酸树脂体系,添加亲水的HDK®N20 CN或者低疏水化程度的HDK®H13L、HDK®H15和HDK®H20都可实现良好的流变效果,但添加疏水气硅能使体系具有更好的抗沉降性能和储存稳定性能。

  3)在强极性的环氧树脂和聚氨酯体系,添加高疏水化程度的H16、H17以及H18能实现更好的增稠触变效果和储存稳定性能。

图2 HDK®产品推荐体系的极性差异

  2. 气硅的比表面积

  同等体系以及添加量的情况下,高比表面积的HDK®具有更好的流变效果。

  3. 气硅的分散情况

  要发挥HDK®的优异性能,用于分散的混合或研磨设备至关重要。只有当HDK®充分分散于涂料体系时,方可实现其最佳的流变性能。

  此外,涂膜的光学性质( 如光泽度、浑浊度)可随HDK®的分散程度而改善。良好的分散效果取决于所施加的剪切力强度(分散器的设计、尺寸、速度和功率)和分散时间。然而,分散过程中所施加的剪切力必须满足获得良好分散效果的最低要求(HDK®的分散要点如图3所示)

  较长的分散时间可改善分散效果,但如果剪切力不足,即使延长分散时间,也无法取得最佳的分散效果。

图3 HDK®的分散要点


  HDK®在不同应用体系中的产品推荐

  ▍来源:瓦克有机硅功能化学部门的技术工程师 戴宝杰