简介
气相氧化硅，在不同的等级和改性，已经在涂料中作为触变性剂，抗沉降和抗下垂剂使用了几十年。然而，由于许多水基涂料的粘度较低，研磨环境较差，难以实现传统粉体技术的充分分散和充分解聚。没有适当的分散，功效和表面外观性能受损。这两个问题都可以通过在气相二氧化硅水中使用预先配制的分散剂来克服。赢创德固赛公司提供各种各样的气相二氧化硅，氧化铝和二氧化钛分散体。
实验室评估表明，使用这些气相二氧化硅分散剂可以改善许多丙烯酸树脂的成膜，并降低最低成膜温度(MFFT)。研究人员与明尼苏达大学联合开展了这一现象的研究，以确定在使用气相硅分散体系中所见的膜形成改善背后的机制。本研究中收集的数据表明，使用气相法二氧化硅分散体对成膜的改善是由于气相法二氧化硅的增强特性，减少了通常发生在成膜过程中的裂纹。本文主要关注在丙烯酸树脂中，使用200平方米/克气相二氧化硅的20%固体、碱性、水分散体，改善成膜效果。在本文中，这种分散度一般称为PD200/20。还讨论了通过使用气相二氧化硅分散剂可以增强的多种性能属性，如改善颜料、填料和消光剂悬浮、降低粘性、提高污垢吸附能力、增强薄膜强度，而不影响光泽和其他外观属性。
改善成膜效果，降低MFFT2
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在评估透明乳胶树脂中的气相二氧化硅分散剂时，注意到一个有趣的现象。正如预期的那样，当添加到这些树脂中时，气相二氧化硅分散体并没有降低光泽，因为在这些分散体的生产中达到了最佳的解聚水平。令人意想不到的是，在没有助溶剂或助聚剂的情况下，分散剂在这些树脂中改善了成膜效果。在图1中，与单独使用树脂相比，在Rhoplex™AC337N丙烯酸树脂中添加5%的PD200/20可以改善成膜效果。
通过明尼苏达大学所做的研究，对气相二氧化硅分散体如何改善薄膜形成的机制有了明确的认识。在大多数测试的丙烯酸树脂中，预分散气相二氧化硅通过减少涂层的开裂倾向和降低MFFT改善了膜的形成。图1所示的控制膜的开裂是由于干燥过程中膜中发生的自然应力。PD200/20有助于防止这种开裂，因为气相氧化硅的模量更高，这导致形成裂缝需要更多的能量，从而增加涂层的抗破裂性。在没有添加助溶剂或增塑剂的情况下，较软的树脂似乎是这样的，它们没有合并困难，但在室温下不会形成透明的膜，因为它们有开裂的倾向。
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明尼苏达大学的研究表明，预分散的气相二氧化硅在干燥过程的早期是活跃的，立即减少了薄膜的自然破裂倾向。本研究的数据如图2-6所示。
图2和3显微镜下显示了不同温度下MFFT棒上的两种不同的树脂PD200/20和单独的树脂。在AC337N和EI 2000树脂中，在每个温度下，带有PD200/20的薄膜比单独的树脂显示更少的开裂。即使在低至5℃的温度下，含有pd200 /20的样品也表现出较低的裂纹频率和较大的裂纹间距。
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图4显示了PD200/20对MFFT的影响。在这两种情况下，使用PD200/20的树脂能够在比单独使用树脂更低的温度下形成完整的无裂纹膜，避免了需要任何辅助溶剂或增塑剂。
在PD200/20的存在下，不同温度下的裂纹间距增加，进一步表明气相二氧化硅分散体降低了丙烯酸树脂的开裂倾向。这可以在图5和图6中看到，在不同温度下，AC337N和EL2000树脂的裂缝间距与PD200/20树脂的裂缝间距进行了比较。在所有的温度下，PD200/20树脂的裂缝之间有更多的空间，表明裂缝频率更低。
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明尼苏达大学收集的数据表明，气相二氧化硅分散剂对含有软乳胶颗粒的丙烯酸树脂的成膜效果改善最大。含有软乳胶的树脂应该是MFFT小于15°C的树脂。这些树脂在室温下结合不成问题。因此，这些树脂的成膜问题可能是由于裂纹的形成，预分散气相二氧化硅将有助于克服这一问题。
在含有较硬颗粒的树脂中，或MFFT大于22°C的树脂中，成膜问题可能是由于缺乏聚结。因为这些气相二氧化硅分散剂在帮助薄膜结合方面不起作用，它们可能不会在这些情况下单独提供任何薄膜形成的改善。增塑剂或助溶剂可用于克服这种开裂，也可降低最低成膜温度。然而，共溶剂有助于VOC和增塑剂往往使薄膜更软，更不耐用。PD200/20能够克服这种开裂倾向，而不贡献VOC，同时保持或增加薄膜的硬度和耐久性。因此，气相二氧化硅分散剂可以作为减少或消除增塑剂或助溶剂使用的工具，从而产生更坚韧的薄膜，或低voc的水性涂料。
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气相二氧化硅分散剂在水性涂料中的优势
理化属性
由于其负电荷和酸性性质，标准气相氧化硅在水性涂料中的应用受到一定的限制。在预分散形式，气相二氧化硅可在酸性和碱性形式以及阳离子改性，为配方提供了更大的通用性范围。根据配方的需要，也有几种方法可以修改pH值，如氨、KOH和NaOH。各种等级的气相二氧化硅分散剂，二氧化硅的表面积从90到300平方米/克，固体含量从12 - 40%。还有二氧化钛、氧化铝和混合氧化物的分散体。这些分散剂不需要溶剂或表面活性剂。因此，当添加到配方中时，它们对挥发性有机化合物没有影响，造成不相容的可能性很小。
细分散聚合
在气相法二氧化硅分散体的生产中达到了最佳的解聚水平，以提供不会显著影响粘度或负面影响光学性能的聚合尺寸。使用标准的分散方法，在水性涂料中使用标准粉末气相二氧化硅很难达到这种程度的解聚。在大多数情况下，当试图分散粉状气相二氧化硅时，集料尺寸分析表明产生了一个双峰分布，一个峰是细分散的集料，另一个峰是大得多的聚集颗粒。这些较大的聚集体会对光泽、雾霾和胶片清晰度产生负面影响。
尝试分散粉末的障碍是通过使用预先制成的气相二氧化硅分散剂克服的。这些分散体由极小的聚合体组成，d50约为100纳米，远低于光学范围。由于预分散形式的聚集体非常小，这些产品通常不会增加粘度。因此，如果需要建立粘度，建议采用标准的传统粉末形式的气相二氧化硅。预分散气相二氧化硅的重要技术进步是，在不影响粘度的情况下，它们对水性涂料提供了广泛的其他增强功能。
水气相二氧化硅分散剂作为抗沉降剂
水气相二氧化硅分散剂在消除颜料和消光剂的硬沉降方面产生了有效的效果，而不显著影响水基涂料的粘度。细分散的二氧化硅聚合体有助于颜料、填料和抠图剂颗粒保持分散，并防止它们重新团聚和硬包装。在丙烯酸和PUD系统中，对高着色的半弹性砌体涂料以及几种缎面透明木清漆的抗沉降性能进行了测试。在所有情况下，添加了水气相二氧化硅分散体的实验版本，显示出明显的改善优于对照样品。
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测试还在丙烯酸透明缎面木清漆中进行，以对抗竞争的抗沉降技术。这些技术包括52%的改性尿素固形物溶液和15%的聚酰胺蜡固形物胺盐。使用0.2%气相二氧化硅预分散形式(1%分散)在室温下表现略好，在高温下明显优于其他技术。与其他类型的抗沉降技术不同，气相二氧化硅分散体的悬浮机制不是基于增加粘度。因此，它们不受温度升高的影响。悬浮机制是基于细分散的聚合体结合在一起，创建一个网状结构，悬浮颜料和填料。这种网状结构不会增加粘度，其稳定性不受典型热老化环境的影响，因此具有更好的热老化稳定性。这种比较可以在图7中看到。
此外，由于这些分散剂不能增加粘度，与其他抗沉降技术相比，它们带来的另一个好处是改善了流平性。通过在黑色玻璃面板上涂刷带有气相二氧化硅分散体的涂料，并与含有其他抗沉降技术的涂料进行相同测试，可以清楚地证明这一点。在含有其他非气相氧化硅基抗沉降剂的涂料中会留下刷痕，但带有气相氧化硅分散剂的涂料完全变平。如图8所示。
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与其他抗沉降剂相比，气相二氧化硅分散剂还可以提高König硬度。许多替代的非硅基抗沉降技术用于水基涂料的负面影响之一是它们对薄膜硬度的固有负面影响。坚硬的无机颗粒，如二氧化硅，可以提高抗划伤性，有助于增加树脂基体的硬度。由于有效地保持消光剂颗粒悬浮在薄膜干燥过程中，改进的消光效率也被观察到与气相二氧化硅分散。使用PD200/20与测试的其他技术相比，König硬度和抠图效率的提高见图9。
提高污垢吸附能力/减少薄膜黏附
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气相二氧化硅，虽然没有多孔性，但有显著的吸油性，当与高填充系统结合时，有助于减少膜钉。当混合粉末和预分散形式时，可以观察到这一点。由于它的能力吸收和填补较大的填料和颜料颗粒之间的小空间，它也有助于使最终涂层膜更少的多孔性，增加污垢拾取阻力。在图10中可以观察到预分散气相二氧化硅在污垢吸附和膜粘滞方面的减少。
水相气相二氧化硅分散剂提高了抗下垂性能
与粘度无关，PD200/20对另一个性能指标有积极影响的是抗下垂和垂直稳定性。为了解决这一问题，研究人员使用了半弹性体涂层。在该体系中，使用该分散剂在1%的二氧化硅固体(5%的分散剂)下，抗下垂性能从对照的30-35 mils提高到实验的40-45 mils。当涂层被涂到基材上，然后受到垂直应力时，下降行为的改善归因于细分散的二氧化硅聚集体与颜料颗粒的相互作用。在不影响粘度的情况下，这种垂直稳定性再次得到了实现。如图11所示。
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减少了大量填充配方中的膜开裂
PD200/20也进行了测试，发现有助于防止外部绝缘整理系统的开裂。这种涂层是一种类似迫击炮的，充满大量沙子的涂层。这种涂层的棒材是使用1/8英寸厚度的模具形成的，用于强度测试。通过干燥过程，观察到控制棒经常开裂。在配方中加入1%硅固含量的PD200/20(5%的分散度)，这种开裂不再被观察到。通过分散引入的二氧化硅团聚体与砂粒和树脂的结合，提高了强度和内聚力，消除了开裂。开裂的减少可以在图12中看到。
结论
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水性气相二氧化硅分散剂是一种新的形式，众所周知，长期存在的添加剂，可以改善水性涂料的各种性能属性。它的液体，水的形式克服了使用传统粉末版本的气相二氧化硅的挑战。
由于其独特的能力，防止开裂和降低MFFT，水性气相硅分散剂作为水性涂料配方的独特工具。预分散气相二氧化硅通过改善膜的形成提供了降低VOCs的潜力，并有可能与一些丙烯酸树脂减少共溶剂。它们还可以作为一种潜在的方式，通过帮助取代增塑剂来提高水性涂料的耐久性。
作为一种抗沉降剂，与水基涂料中使用的其他传统技术相比，气相二氧化硅分散剂被证明是高效的，具有良好的流动性和流平性，提高了热老化稳定性，提高了消光系统中的消光效率，并提高了König硬度。由于其不含溶剂和表面活性剂的特性，它易于使用，在广泛的水性系统中非常通用。
除了这些主要优点外，在水性涂料中使用水相气相二氧化硅分散剂可以获得进一步的性能增强，这是可以预期的其他次要属性。这些包括:改进的抗下垂性能;
- 减少高填充体系的开裂;
- 改善薄膜硬度;
- 减少灰尘回升;而且
- 减少了电影的策略。
气相二氧化硅在许多类型的涂料技术中有着悠久的传统，可以改善各种各样的涂料性能。现在，新的气相二氧化硅水性分散剂是一种创新和易于使用的形式，为水性涂料带来高性能。
本文发表在2010年可持续涂料技术进展水性研讨会上。研讨会由南密西西比大学聚合物和高性能材料学院主办。188金宝搏bet官网
