我们都遇到过非常坚硬、高度交联、机械强度高的涂层系统，它们有一个主要缺点:在冲击下，它们不灵活、易碎，导致变形和剥落。剩下的未受保护的基板不再满足光学方面和其他基本的使用标准，需要更换或修理损坏的对象。

提高冲击强度

在高度交联的粘合剂基质中结合柔性成分，可显著提高冲击强度，但交联程度较低。这削弱了体系的网络密度以及表面硬度和耐化学性。与第二微相结合，如分散的橡胶或热塑性塑料，可以导致显著提高韧性。然而，在这种原位生成颗粒的方法中，很难在不从根本上改变聚合物基体性质的情况下控制颗粒大小。1

我们希望在高交联的脆性基体中加入一些韧性片段，而不损害网络或机械性能，即生成坚韧、有弹性但坚硬的涂层。2

利用硅酮核壳橡胶技术，可以将这些原本矛盾的特性结合起来。本文介绍了ALBIDUR的使用®核壳型有机硅弹性体技术在双组份环氧树脂体系中的应用及其对涂层力学性能的影响。

这项技术

ALBIDUR技术涉及使用一种专利工艺，将小的硅酮弹性体颗粒永久地嵌入树脂载体(图1)。3.其特点是核壳粒子具有两相性质。中心是一个硅橡胶核心，促进坚韧，弹性的特点，由一个外壳。核与壳之间不存在共价键;外壳只是在物理上固定在核上。因此，固化后的漆膜玻璃化转变温度几乎没有变化。壳体适应于所选的粘结剂基体，此外，具有适当的官能团来连接到涂层的粘结剂基体(图2)。4

由于壳层的选择和相关的稳定性，不存在粒子沉降或相分离的趋势。这种特性在固化过程中保持不变，因此在未固化和完全固化阶段，所有核壳颗粒的统计分布都存在(图3)。由于粘结剂基体内的统计分布，弹性体颗粒确保了均匀的冲击强度。在此过程中，外力主要被弹性体颗粒(如减震器)吸收，从而防止涂层破裂。5

该工艺制备的颗粒尺寸在0.1 ~约3 μ m之间，90%以上的颗粒尺寸小于或等于0.3 μ m(图4)。硅酮弹性体和周围树脂基体的不同折射率和颗粒尺寸使硅酮弹性体核壳颗粒分散为白色(图5)。

由于这是一项专利平台技术，因此可以根据定制的硅酮弹性体配方，将多种树脂系统(如多元醇、丙烯酸酯或环氧树脂)升级为ALBIDUR。本品不含溶剂，常温下可保存12个月。6

测试方法

以下来自工业涂料部门的应用相关测试用于评估硅酮弹性体颗粒对冲击强度的影响:

  • 落锤冲击试验(DIN EN ISO 6272-1);
  • 多重冲击石片测试(DIN EN ISO 20567-1)。

样品还进行了进一步的测试，如恒定气候凝结水测试(DIN EN ISO 6270)和盐雾测试(DIN EN ISO 9227 NSS)。同时测定了铅笔和埃里克森铅笔的硬度以及涂层表面的滑动阻力。

试验配方

一种简单的环氧树脂配方，包括两种基于双酚A的环氧树脂作为基础(表1)。进一步添加溶剂以降低粘度，并添加润湿添加剂以改善基底润湿。除此之外，还添加了ALBIDUR产品，该产品由硅酮弹性体颗粒(40%)和双酚A环氧树脂2(60%)组成，用于测试配方。通过ALBIDUR在配方中引入环氧树脂2的量，降低了原配方中环氧树脂2的用量。因此，在整个测试系列中，两种环氧树脂和溶剂之间的比例保持不变。由于没有进一步添加溶剂，配方中增加的硅酮弹性体颗粒导致固体含量增加。只有在ALBIDUR浓度约为15% w/w时，该配方的粘度才会显著增加(图6)。得到的涂层与改性聚酰胺固化剂进行化学计量交联。

在配方中不添加任何颜料或填料，以尽可能地消除对涂层性能的副作用和改性引起的变化。

样品制备

试验涂层用刀涂在未经处理的钢板上，得到约60µm的干膜厚度。与喷雾应用相比，刀应用允许一个均匀的应用薄膜厚度独立于用户。室温下通风约10分钟，然后在80℃的循环空气烘箱中干燥交联30分钟。为了确保所有标本都完全固化，在进行力学测试之前，它们在60°C下再进行5天的条件反射。

冲击强度增加

通过落锤试验和碎石试验研究了冲击强度特性。在两次测试中都观察到性能的显著改善。

坠落重量冲击试验是在1kg的重量下进行的，坠落高度是确定的，在坠落高度以上的涂层中可以看到裂缝或剥落。在这种情况下，重量落在未涂层的标本背面，从而产生了“反向冲击”。临界落差高度从最初的10-15厘米显著上升到90厘米，硅酮弹性体含量不断增加，但没有出现缺陷(图7)。

当核壳颗粒用于配方时，多重冲击石屑试验也显示阳性结果。这是使用DIN EN ISO 20567-1中描述的测试程序B进行的，其中500g冷冻铁砂在规定的压力下，在规定的时间内，投两次到涂层上。随着核壳含量的增加，特征值从3提高到1(图8)。

只有在硅酮弹性体颗粒浓度非常高的情况下，硬度才会下降(图9)。在这些较高的浓度下，在冲击强度方面无法检测到进一步的改善，在配方中达到最佳的约15% w/w ALBIDUR (6% w/w弹性体颗粒)。在不影响硬度的情况下显著提高冲击强度是可能的。

提高了耐腐蚀性和附着力

通过进一步的试验研究了弹性体颗粒对其他涂层性能的影响。重要的，广泛使用的耐腐蚀性测试方法是盐雾测试(DIN EN ISO 9227)和恒定气候凝结水测试(CC测试，DIN EN ISO 6270)。在这两个测试中，很明显，涂层改性与ALBIDUR产品可以提供改进。

使用CC测试，将标本暴露在温暖(40°C)的大气中，其中充满了水蒸气。没有一个标本显示水泡，剥落或其他可察觉的光学缺陷。然而，交叉孵化试验可以发现不同标本的粘附有明显的差异。经过240 h CC测试后，随着ALBIDUR含量的增加，附着力改善(图10)。

盐雾试验(Salt Spray Test)，将样品置于中性盐雾中168 h，用于进一步评估耐腐蚀性能。它也变得很明显，使用硅酮弹性体颗粒的结果改善。楔形段的剥离从最初的16mm显著减少到4mm以下，弹性体颗粒含量更高(图11)。

减少摩擦

除了上述性能的改善外，随着弹性体颗粒数量的增加，固化试样表面的抗滑动性能也有所下降。滑动阻力是通过测量力来确定的，以规定的速度拉出规定尺寸和表面的重量，并与涂层表面平行。即使添加少量弹性体颗粒，阻力也显著降低。因此，当ALBIDUR含量仅为2.5%时，从279 cN到43 cN的抗滑性降低了约85%(图12)。

总结与展望

实验表明，ALBIDUR技术可以显著改善涂层性能。随着有机硅弹性体颗粒浓度的增加，其机械冲击强度特性和抗大气效应性能均得到改善。在本系列试验中，配方中硅酮弹性体颗粒的最佳浓度约为15% w/w。在此浓度下，冲击强度得到显著改善，而涂层硬度没有明显损伤。抗冲击性提高了约900%，抗石屑性也提高了约200%。颗粒浓度的进一步增加并不会导致冲击强度性能的进一步提高(图7-8)。CC和盐雾试验的结果具有可比性。在这里，通过使用硅酮弹性体颗粒也取得了显著的改进。经CC试验和盐雾试验后附着力明显提高。此外，即使使用非常少量的弹性体颗粒，也可以观察到滑动阻力明显降低。 In addition to the increase in impact resistance, slide resistance is a further interesting property change stemming from ALBIDUR-technology, which could be used, for example, for coating the inner walls of pipelines.

进一步的研究将研究核壳型硅橡胶弹性体颗粒在着色配方中的行为，并关注系统性能的其他变化，如低温和高温下的性能。ALBIDUR技术在各种树脂系统中也可用于着色烤漆，2-pack PUR, uv固化和2-pack PUR水性涂料系统。

本文原载于Farbe und Lack。欲了解更多信息，请联系fabian.eichenberger@evonik.com．

参考文献

1陈,j .;金洛克,抗干扰;斯派格,美国;用聚硅氧烷基核壳粒子改性的环氧聚合物的力学性能和增韧机制，聚合物20134276年,54岁。

2Heuer, M. Hard and Tough, RADTech Europe 2009。

3.Pyrlik m;《聚硅氧烷分散体》，《聚合硅氧烷分散体》EP 0407834 a2, 1989。

4纳米树脂AG:产品组合ALBIDUR®, 2009年。

5金洛克,a;泰勒,a;默罕默德·r·;环氧树脂中的橡胶增韧和纳米颗粒:FRC中的协同作用，2009。

6赢创工业股份公司:TEGO纳米树脂- Perfekter Schutz für makellose Schönheiten, 2014。

作者:Fabian Eichenberger, Marco Heuer和Sascha Herrwerth, ph . | Evonik Industries, Essen, Germany