AEROSIL气相二氧化硅-在水性涂料中应用

用于水性涂料的AEROSIL气相法二氧化硅

1.介绍

在涂料工业中，对于生态的关注扮演了越来越重要的角色。日益增长的对环境的关注和涉及环境利害的有关立法是促使近来水性涂料迅速增长的背后原因。作为涂料工业中最重要的任务，环保型涂料的研发已经开展了许多年。德固赛公司作为涂料工业的原材料供应商，拥有各类产品，为涂料工业的发展做出了重要的贡献。AEROSIL气相法二氧化硅作为助剂已经在涂料工业中成功地被应用了几十年。不论是传统型还是环保型涂料中，AEROSIL气相法二氧化硅的使用都取得了卓越的成果。

AEROSIL气相法二氧化硅是通过高温水解法制成的极细微的无定形二氧化硅，通过对生产工艺的调整可得到一系列具有不同的比表面积的产品。

由于表面具有硅醇基团，所有未经处理的合成二氧化硅都是亲水性的。当这些基团被有机基团取代后可以成为疏水性产品了。在这篇技术简报中，众多的图表将阐明AEROSIL气相法二氧化硅在各种水性涂料体系中的作用。以下问题将通过实例进行回答。

2. AEROSIL-用于水性涂料的牌号

基于深入的研究和应用实验，建议在水性涂料中使用以下的亲水性和疏水性AEROSIL气相法二氧化硅：

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AEROSIL气相法二氧化硅不属于欧洲化学法律规定的有害物质，也不是国际运输条例中规定的危险物品。

3. AEROSIL气相法二氧化硅一在水性涂料中的应用在本技术简报中陈述的技术测试是在代表性的涂料体系中进行的，AEROSIL气相法二氧化硅使用在水性涂料中可提高以下涂料性能。

l  流变性

l  悬浮性

l  颜料的分散性

l  颜料的稳定性

l  附着力

l  耐磨性

l  耐腐蚀

l  耐水性

4.AEROSIL气相法二氧化硅的分散

涂料的配方设计者可以通过使用适合的分散设备将亲水性或疏水性AEROSIL气相二氧化硅产品毫无困难地分散后到水性涂料中（比如珠磨机或球磨机）分散的程度对AEROSIL气相二氧化硅能否有效发挥作用是极其重要的决定性因素。为了使AEROSIL气相二氧化硅尽可能有效地发挥作用良好的分散非常重要。在色漆体系中，AEROSIL气相二氧化硅应该和颜料一起进行良好地分散。如果AEROSIL气相二氧化硅在清漆中应用那么推荐使用母料法进行分散。例如，通过珠磨方式的处理4%-8%（相对固体树脂）的AEROSIL气相二氧化硅母料被证实其分散效果是令人满意的。这可以提高加工效率和实现最理想的分散程度。母料通过调稀可达到配方最终百分比（请看表1）

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5. AEROSIL气相法二氧化硅在水性涂料中的应用测试

作为一种复合功能型助剂，由于其通用的产品性能，AEROSIL气相法二氧化硅能被应用于涂层结构的每一层。

l  底漆

l  中涂

l  底色漆

l  清漆

l  面漆

深入的测试已经显示相对于涂料总配方添加0.5-1.0% AEROSIL气相法二氧化硅是适合的，不过这只是一个建议添加量，如果有必要的话需要进行调整。下面的例子阐明了AEROSIL气相法二氧化硅如何被应用在各种水性涂料体系中。

5.1  AEROSIL气相法二氧化硅在水性底漆中的应用

对于水溶性底漆，德固赛公司建议使用具有良好耐腐蚀性能的疏水性AEROSIL气相法二氧化硅。

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图1显示了，以AEROSILR 812 S作为例子，疏水性AEROSIL气相法二氧化硅是怎样提高防腐蚀性能的。耐盐雾性能的测试是在醇酸／丙烯酸底漆上进

行的。除了提高防腐蚀性能，通过对无油、聚酯／三聚氰胺底漆的粘度测试和流动性质的实际施工测试，证明了AEROSIIL气相法二氧化硅也显著地提供了涂料流变性能。使用AEROSILR 812 S为例子说明AEROSIL气相法二氧化硅添加量是如何影响流变性能的，AEROSILR 812 S在这介涂料体系中显示了最为显著的效果。

    显示使用AEROSIL@气相法二氧化硅后在提升粘度的同时也提升了剪切稀化作用。LVT DV- IIBrookfield粘度计用于测定粘度。同时也显示了在垂直面上显著地降低流挂倾向。作为一个简单的对流动性能的评估，使用多槽口涂布器来确定最大可得到的湿膜厚度。

附着力影响着涂层的机械应力和耐候性，AEROSIL气相二氧化硅的应用显著地改进了底漆与金属间的附着力。使用Twist-O-Mete的抗扭应力测试尤其明显。

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图2显示，例如，对于一种苯乙烯-丙烯酸底漆，含有0.4�ROSIL R972的配方相对不含AEROSIL气相二氧化硅的配方在附着力方面提高了大约20%。

通过AEROSIL@气相法二氧化硅的加入，底漆中高含量的颜料和填料依然能够保持悬浮。这就防止了过多的分层和硬沉淀物的形成。

5.2 AEROSIL⑩气相法二氧化硅在

    水性中涂中的应用基于水溶性树脂，例如丙烯酸类，聚氨酯类的已经很好的被应用到众多领域。根据应用领域的不同，用到的交联剂可以是三聚氰胺，也可以是异氰酸酯。

表3在喷涂粘度下，0.8%的AEROSIL@气相法二氧化硅的添加量对于最大湿膜厚度的提升。聚氨酯／三聚氰胺烘烤型中涂

http://s2/bmiddle/5ec83037hb14da3114201&690表3显示了在烘烤型中涂中使用AEROSIL@气相法二氧化硅对于在垂直面上的抗流挂性能的提升。在将涂料的喷涂粘度调节到30s( DIN4mm)后，使用多槽口涂布器(75-300lIm)测试流挂性能。

在图3中的流变测量结果进一步表明了包含AEROSIL@气相法二氧化硅的涂料提高了结构粘度以及改进了流挂性能。

AEROSIL@R812 S尤其显示了在低剪切应力情况下的很强的增稠效果。由于剪切提高破坏了结构，乜就是说，粘度的下降。这种流变性带来了良好的施工性能和高的抗流挂性能。在基于聚氨酯分散体／异氰酸酯的双组分腻子的配方里，有时根据使用的树脂，亲水性或是弱疏水性AERSOIL@气相法二氧化硅比疏水性AEROSIL@气相法二氧化硅能提供更长的可使用时间，因此是一个适合的选择。

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在基于丙烯酸分散体的水溶性中涂中，疏水性AEROSIL@气相法二氧化硅显示出显著的流变特性。AEROSIL@气相法二氧化硅的使用，尤其是AEROSIL@R812 S，使得涂料能够在静止状态下形成一个结构体，从而防止流挂。

图4中的粘度是通过Physical MC 20流变仪测定的。剪切应力梯度提供关于涂料在应用中和应用后各自的流变行为的信息。给剪切应力设置一个较高的初始值(t= 50 Pa)用于模拟施工阶段，接着设置一个较低值(t =1 Pa)用来显示涂料在施工后结构的程度。以此来预见防流挂的程度。

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在使用高比重的颜料和填料的情况下需要用到抗沉剂。如果AEROSIL@气相法二氧化硅能作为防沉剂使用，通常我们的标准产品AEROSIL@ 200和AEROSIL@R 972就能够满足要求。用于防沉降或防分层的疏水或亲水型AEROSIL@气相法二氧化硅的选择需要通过初步的试验加以确定。

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5.3 AEROSIL⑩气相法二氧化硅在水溶性底色漆中的应用在底色漆中，涂料结构的成分提供颜色和其色彩性能是决定性的。良好的颜料分散和随后的颜料的稳定性是实现最佳色彩效果的首要条件。AEROSIL@气相法二氧化硅改进研磨基料的流变性能，提高颜料的分散性，在色漆体系中，AEROSIL@气相法二氧化硅的包覆效果导致了更好的颜料稳定性。AEROSIL@气相法二氧化硅作为隔间剂，防止了颜料的再结块和絮凝。这些效果已经在德固赛公司的第1 8号颜料技术公报中有详细的介绍。流挂和缩孔的问题可能会在底漆中出现，因此有必要使用流变助剂。

图6显示了0.5�ROSIL气相二氧化硅对于提高底色漆流变性能的作用

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对于评定涂料结构质量的另一个标准是多涂层之间的附着力。例如，必须保证在底色漆与清漆之间良好的附着力。    显示了同时在底色漆和清漆中添加0.5%的AEROSIL@气相法二氧化硅后对于多涂层之间的附着力的有效提升。底色漆上涂覆的是丙烯酸分散体／三聚氰胺清漆（请参考54，AEROSIL@气相法二氧化硅在水溶性清漆中的应用。）

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5.4 AEROSIL⑩气相法二氧化硅在水溶性清漆中的应用

在清漆中，AEROSIL@气相法二氧化硅主要被用作流变助剂，另外，如5.3节中描述的那样，AEROSIL@气相法二氧化硅也提高机械性能比如多涂层之间的附着力。为了控制清漆的流变性能，相对于总配方量添加0.5% -1.0%的AEROSIL@气相法二氧化硅是足够的。仅仅在少数情况下，比如为了耐磨性能的提升，AERSOIL@气相法二氧化硅含量需要显著提高。充足的分散是要点，特别是在非常大的添加量的情况。通过参照流挂性质的大量研究证实AEROSIL@气相法二氧化硅对控制水性清漆的流动性能的有效性。茌5.1-5.3节中已经显示了在颜料体系中使用疏水性AEROSIL@气相法二氧化硅相对于亲水性的产品更有利。另一方面，在清漆中疏水性和弱疏水性AEROSIL@气相法二氧化硅能更有效地控制流变。

下面两个涂料体系阐明了对于一个其他方面都相同的配方，仅颜料添加情况成为决定是疏水性还是亲水性AEROSIL@气相法二氧化硅提供更好的流变性能的至关重要的因素。在无颜料涂料中亲水性的AEROSIL@ 200比强疏水性的AEROSIL@ 812 S有更有效的流变行为。简单地把颜料／填料混合物添加到其他方面都相同的另一个配方中去，结果就在某种程度上改变为疏水性的AEROSIL@气相法二氧化硅有更好的有效性。例如，这样的相反的现象能在丙烯酸／异氰酸酯双组份涂料或是聚氨酯／三聚氰胺烤漆中发现。

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5.4.1 AEROSIL⑩气相法二氧化硅

    在水溶性烤漆的应用下列的流变性测试是在丙烯酸／三聚氰胺清漆中进行的。    和  显示了通过添加0.5�ROSIL@气相法二氧化硅后对于最大可得到的湿膜厚度的提升。这个试验是使用多槽口涂布器(75-300l-lm)完成的。

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图12显示通过添加0.5%的AEROSIL@气相法二氧化硅对于最大可得到的湿膜厚度的提升。丙烯酸／三聚氰胺型清漆剪切跳跃试验也是通过这些清漆完成的，与5.2节中的粘度测试方法相符合，显示了在负载的剪切力由t= 67 Pa突然降低为t=6 Pa时的粘度变化。粘度的恢复由这个阶梯函数测量。

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如显示，通过在喷涂施工中的帮助，流变测试的结果被确定。0.5%的AEROSIL@R 816的添加量就能有效地提高抗流挂性能。当在清漆中使用流变助剂时，必须确定对光泽和透明度没有负面作用。    显示了，通过良好的分散，AEROSLI@气相法二氧化硅对于清漆的光学性质没有负面影响。其中对于光学性质（光泽和透明度）的评定测试是在墨黑色底色漆上进行的。在个别例子中，AEROSIL@气相法二氧化硅的应用可能会导致清漆的光泽和透明度的下降（发雾），这种在光学性质上的下降能通过使用合适润湿剂解决。这种现象甚至会出现在（墨黑色）底漆上。

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http://s3/bmiddle/5ec83037hb14dcaff3742&690
5.4.2 AEROSIL⑩气相法二氧化硅在水性双组份清漆中的应用在一种应用于汽车修补漆的双组份清漆中，我们比较了AEROSIL@气相法二氧化硅用量对涂料流变性能，相对于总配方，AEROSIL@气相法二氧化硅的添加量为0.6%，0.8和1.0%。和预期的一样，涂料的触变效果随着AEROSIL@气相法二氧化硅用量的增加而增加。（参考）

http://s12/bmiddle/5ec83037h7821614d5b5b&6905.5 AEROSIL⑩气相法二氧化硅在水性面漆中的应用流变助剂在面漆中使用要求不能对光泽有负面影响。和显示了，如果充分分散，AEROSIL@气相法二氧化硅对于光泽没有负面影响。对于不同的涂料体系，选择下列AEROSIL@气相法二氧化硅之前，要考虑到流变效果。

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下一页中的    将通过各种测试方法证明AEROSIL@作为流变助剂的突出作用。
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http://s8/bmiddle/5ec83037h78216200dbf7&6906实际应用用中的提示为了提高色漆体系的流变性质，AEROSIL@R 805或是AEROSIL@R 812 S是更好的选择，如果适合的话，AEROSIL@R 816也是较好的选择。对于清漆，AEROSIL@ 200和AEROSIL@R 816是更好的选择。相对于AEROSIL@ 200，AEROSIL@ 300显示更强的提高流变性质的效率，但是需要更高的分散能量。AEROSIL@R 972是最容易分散的产品，因此是改进颜料分散性或提高颜料稳定性的首选，在一些情况下也可以控制流变。为了改进耐水性能和耐腐蚀性能，疏水型AEROSIL@气相法二氧化硅是更适宜的选择，  （例如在底涂中）如果要推荐简易的抗沉淀助剂，那么根据涂料体系的不同，推荐使用AEROSIL@ R972或是AEROSIL@ 200。

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