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探秘:助剂届的“变色龙”
2019年09月10日    阅读量:29097    新闻来源:赢创涂料添加剂  |  投稿

涂料助剂用来提升或改变涂料的某些特定性能,包括助力涂料生产、储存、运输、施工以及最终漆膜。单一助剂品种在涂料配方中的添加量一般不超过1%,真可谓是小添加大功效。无论从功能还是从化学类型来分,助剂都有很多种类涂料在线coatingol.com


本文从不同化学类型角度来介绍一类常见但又比较特殊的助剂——有机硅助剂,它有着“助剂界变色龙”之称,让我们看看它有着怎样的变身戏法。



01

有机硅助剂结构介绍

有机硅助剂又称改性硅氧烷助剂,其分子结构由两部分组成,硅氧链段和有机改性链段。当然,有机改性的位置可以在侧链,也可以在链端。下图所示意有机硅助剂结构只是侧链改性。


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有机硅助剂的“变身”戏法源于其硅氧链段和有机改性链段的种类和长度都可以灵活调节。不同的结构将赋予有机硅助剂不同的性能。


其中,硅氧链段长度决定其降低静态表面张力和防缩孔能力的强弱,我们可以通过有效调节硅氧链段(n值)实现不同的助剂性能:如基材润湿、表面控制(流平、手感、抗划伤和防粘连等)、脱泡/消泡、防涂鸦和锤纹等等。

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有机改性链段的种类也可以变化,通常有聚醚、聚酯以及烷基芳基等。


  • 聚醚改性,是最普遍的助剂类型,尤其适用于水性和辐射固化配方。聚醚改性有机硅助剂具有良好的相容性,通过选择不同极性的聚醚来调节其水溶性和稳泡倾向。

  • 聚酯和烷基芳基改性,主要用于溶剂型配方。


有机改性链段的长度也可以调节,通过调整有机改性链段的长短来改变其有机硅特性和相容性。



02

有机硅助剂功能

一、基材润湿


对于传统溶剂型配方,除非基材受低表面能污染物污染(如油脂等),通常来说,配方体系的表面张力低于绝大部分基材的表面能,能润湿绝大部分基材,不需要借助润湿剂来润湿基材。而水性配方,由于高表面张力水的添加,配方的表面张力偏高,需要添加润湿剂来降低表面张力,使涂料的表面张力略低于基材的表面能,来实现涂料对基材的润湿。以下是常用基材润湿剂TEGO® Wet 270改善塑料基材(pp)润湿的效果。


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二、流动和流平


影响流动和流平的因素较多,比如涂料的流变性、表面张力、施工方式和粘度、涂膜厚度和干燥速度等等。可以通过下面的简化公式来看流平时间:

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t:完全流平所需要的时间

C:常数,把涂料的流变性、干燥速度等因素揉合进来

ŋ:粘度

γ:涂料的表面张力

d:膜厚


很显然,涂料粘度越低,流平时间越短;膜厚越厚,流平时间越短;表面张力越高,流平时间越短。这里所说的表面张力越高,是在润湿良好的前提下。润湿良好时,涂料的表面张力越高,越有利于流动流平。此外,还需兼顾消除液体不同部位的表面张力差,使漆膜表面张力处于均一水平,避免产生贝纳德涡流,才能得到平整美观的漆膜效果。以上功能的实现,都可以借助有机硅表面控制助剂。以下是常用表面控制助剂 TEGO® Glide 100改善流平的效果。


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三、手感、防粘连、抗划伤


由于改性有机硅中硅氧链段的不相容性,它们会向气液界面迁移,将快速定向地排布在涂膜表面。涂抹表面因富集的硅氧链段而具备滑爽、抗划伤和防粘连等效果。以下是常用表面控制助剂TEGO® Glide 482改善滑爽性、提高抗粘连的效果。


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四、脱泡、消泡


涂料或湿膜中空气的带入是不可避免的,涂料生产过程中搅拌或研磨、涂料施工过程(如高压无气喷涂/辊涂),甚至由于化学反应 (如NCO 和 H20反应产生CO2)。水性涂料中气泡能稳定存在,主要由表面活性剂稳定所致,如树脂自身的乳化剂等。气泡带来的缺陷非常棘手,涂料研磨时如果泡沫过多会降低研磨效率,从而增加能耗;施工过程中的气泡会影响漆膜外观甚至干膜的防腐性能。这就要借助消泡剂来消除泡沫,特别是高粘度厚膜应用体系,更依赖消泡力度相对强的有机硅消泡剂来消除泡沫。以下是常见脱泡剂TEGO® Airex 902W帮助脱除体系微泡的效果。


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五、防涂鸦


长链硅氧烷树脂具有较强的疏水疏油效果,从而带来良好的易清洁性能,比如防涂鸦、耐沾污等。

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六、锤纹效果


长链聚二甲基硅氧烷具有低表面张力和低相容性,与配方主体树脂形成贝纳德涡胞,带来锤纹效果。锤纹效果与锤纹剂添加量以及膜厚都有关系。

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03

建议添加量、工序

建议添加量:

  • 有机硅基材润湿剂添加量为总配方的0.1-0.5%

  • 有机硅表面控制助剂添加量为总配方的0.05 -2.0% (平滑、抗划伤和防粘连需要高的添加量,流动促进性只需要低的添加量)

  • 有机硅消泡剂添加量为总配方的0.1-0.5%

  • 有机硅防涂鸦助剂添加量为总配方的1-5%

  • 有机硅锤纹助剂添加量为总配方的0.5-2.5%

以上只是建议添加量范围,添加量与配方树脂体系以及施工方式等有关联,最佳的添加量要通过实验来确定。


建议工序:

  • 基材润湿剂、表面控制助剂(流动流平、平滑、抗划伤和防粘连)尽量在生产过程的后期阶段添加,避免稳定泡沫。

  • 有机硅浓缩型消泡剂需要前段添加以保证足够的剪切,能够均分分散到配方体系中。

  • 防涂鸦助剂需要测试其与主体树脂的相容性,建议在研磨阶段添加,清漆建议高速搅拌添加。

  • 锤纹助剂建议在生产过程的后段添加,避免研磨等高剪切导致其相容性改善而影响锤纹效果。


04

有机硅助剂的重涂性

多数配方师在使用有机硅助剂时,比较关心它的重涂性。首先,有机硅助剂因其化学结构不同,有的可能会影响重涂,有的则对重涂毫无影响。这并非绝对,与很多因素相关。例如其中一个因素:有机硅助剂中是否含有反应性基团,在反应体系中(如羟基和异氰酸酯固化剂)使用时,有机硅助剂将被锁定在漆膜内,当下一层涂布时,难以重新溶解、上浮至新涂层的表面,就会致使重涂性变差。


其他因素在此不一一赘述,配方师如果对有机硅助剂的重涂性不明确,建议可以联系我们的技术服务人员进行针对性的解答。


来源:赢创涂料添加剂

标签:原材料企业聚焦技术中心涂料助剂
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