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有机硅助剂在涂料工业中的应用

来源:上海泰格聚合物技术有限公司 作者:田骏翔,熊邦虎 时间:2019-12-14 点击:
导读:有机硅助剂在涂料中有广泛的应用,可用于提高涂料的生产效率,改善涂膜性能。根据使用领域的不同,有机硅助剂可分为有机硅润湿剂、流平剂、消泡剂、附着力促进剂等。文中介绍了各种不同类型的有机硅助剂在溶剂型涂料和水性涂料中的应用以及作用方式,并展望了有机硅助剂
涂料中所使用的助剂大多是表面活性剂,通过降低气液、液固或者气固界面的表面张力,达到流平、消泡、分散及提高附着力的效果。有机硅类化合物具有较低的表面张力,有较高的表面活性,在涂料体系有广泛的应用,是涂料助剂的重要品种。用于涂料体系的有机硅助剂从化学成分来分,主要包括硅烷和硅油两大类,如图1 所示。硅烷主要是一些小分子化合物,在涂料中主要用作附着力促进剂、交联剂和分散剂等;硅油类助剂主要成分是改性硅油,通过调整助剂的相对分子质量、改性基团R 的种类和含量以及端基的官能团的种类,可以得到各种不同性能的助剂。
硅烷与硅油分子结构模型
1 用作涂料流平剂的有机硅助剂
涂料用流平剂的结构一般由与体系相容链段和与体系不相容并且表面张力低于体系的链段两部分组成。成膜过程中,由于低表面张力不相容链段的分离迁移作用,助剂会自发迁移到涂料体系的表面,形成单分子膜,从而为体系提供均匀的表面张力,消除因表面张力梯度所引起的各种漆膜表面弊病。
有机硅流平剂是涂料流平剂中的一个重要大类,一般来说,低相对分子质量( <5 000) 的聚二甲基硅氧烷就可以作流平剂使用,但是因其相容性不佳,使用受到较多限制,流平效果也不够出色,无法应用于高档体系。目前在涂料中广泛使用的有机硅流平剂是各种改性硅油,根据改性种类的不同,主要有聚醚改性硅油、聚酯改性硅油、苯基改性硅油、烷基改性硅油、苯基烷基共改性硅油以及烷基-聚醚共改性硅油等,其中聚醚改性硅油由于其结构可以在很大范围内调整,性能可以覆盖多种不同要求,可适用于各种体系,是目前有机硅流平剂的主要品种。
聚醚改性有机硅的基本结构见式( 1) 。

其中m、n 的数值决定了结构当中硅氧烷链段的含量,m/n 值越小,相应的硅含量越高; 而x、y 值决定了聚醚链段的相对分子质量和亲水性( x 表示环氧丙烷单元的数量,是疏水单元,y 表示环氧乙烷单元的数量,是亲水单元,当x>y 时,聚醚链段以疏水为主,x<y 时,聚醚链段以亲水为主) ,m、n、x、y 的数值决定了相应的聚醚改性硅油的性能,也决定了它们的用途。
如需要流平剂有较好的手感和防缩孔能力时,通常需要较高的硅含量和较长的硅氧烷链段长度,可以通过提高m、n 值来达到要求; 当需要流平剂具有良好的消泡能力时,需要较高的硅含量和环氧丙烷含量,可以通过提高m、n、x 的值,降低y 值达到要求;当需要提高助剂的使用安全性,降低产生漆膜弊病的风险时,需要相对比较低的硅含量,可以通过提高m,降低n 的数值来达到要求; 当需要用于水性体系时,由于需要有一定的水溶性,故需要不太高的硅含量和较高的亲水链段环氧乙烷的含量,可以通过提高m和y 的数值达到要求。
当流平剂需要用在高温体系( 如烤漆) 时,由于聚醚的分解温度较低,容易在使用过程中分解,造成一些漆膜表面的弊病,如重涂不良、缩孔等,这时需选择含有耐高温基团( 如烷基改性硅油、苯基改性硅油和聚酯改性硅油等) 改性的硅油,相对来说,烷基改性硅油除了可以提供流平效果以外,还具有良好的消泡效果,但是其相容性不佳,通常不适合用于清漆。而苯基硅油和聚酯改性硅油的相容性都比较好,适合用在高温清漆体系,同时提供优异的相容性和耐高温性能。
随着技术的发展,近来出现了一些有机硅与丙烯酸酯结合的流平剂,这类流平剂同时结合了两者的优点,兼具优异的前期流平和后期流平效果。根据其化学结构的不同,可分为丙烯酸酯改性有机硅流平剂( 有机硅为主链,丙烯酸酯为侧链) 和有机硅改性丙烯酸酯2 种类型,而有机硅改性丙烯酸酯流平剂除了可以提供流平效果,还可以附带提供耐污效果。
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