气相二氧化硅又称为气相白炭黑，是将卤代硅烷在高温火焰中水解而生成的非晶质二氧化硅及其表面改性产品，是一种白色蓬松状的高纯纳米无机非金属氧化物，广泛应用于有机硅弹性体、涂料、胶粘剂、油墨、造纸、食品、化妆品、化学机械抛光等领域。
 

　　在涂料领域，气相二氧化硅具有增稠、触变、抗沉淀、消光等作用，并能改善涂料在生产、储存、应用以及漆膜固化以后的工艺应用性，是重要的功能性填料。
 
1、用作流变助剂
 
　　气相二氧化硅表面带有大量的羟基，这些羟基会在其聚集体之间形成氢键，当充分分散于涂料中时，便形成二氧化硅的网状结构。
　　一方面，在施工过程中，由于涂层边缘的溶剂挥发较快，导致表面张力不均匀，容易使涂料向边缘移动。而二氧化硅网络能够有效地阻止涂料的移动而形成边，同时还可防止涂料在固化过程中的流挂现象，使涂层均匀。
　　另一方面，气相二氧化硅由于能形成氢键使得体系的中低剪切粘度提高，起到增稠作用，并产生触变现象。正因此，气相二氧化硅在油性体系中的应用非常广泛。
　　此外，气相二氧化硅比表面积大，表面能高，非常容易团聚，在应用过程中必须适当分散，才能取得最好的效果。假若分散不足，三维网状结构便不能充分形成，但过度分散又会造成二氧化硅粒子之间的网状结构遭到彻底破坏，即使长时间停止施加剪切力，其网状结构也很难恢复。
　　在涂料生产过程中，气相二氧化硅的表面处理、添加方式、分散设备的选择等，都会影响气相二氧化硅在涂料中的分散状态。一般情况下，最好先将气相二氧化硅分散成预浆，然后再投入粉料分散完全。
 
2、用作防沉剂
 
　　气相二氧化硅粒度小，比表面积大，表面上带有硅烷醇基团。这些硅烷醇基可与邻近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键。
　　氢键作用使其形成触变形结构。气相二氧化硅的悬浮作用正是由于它分散于溶液中时会形成网络结构而产生的。这种网络结构使体系中的颗粒不易聚结和发生相的分离。同时体系的黏度提高也有利于阻止体系中各组分的运动。
　　作为一种理想的防沉剂，一方面，气相二氧化硅对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系，适当的添加量将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。氢键作用使其形成触变形结构。
　　另一方面，气相二氧化硅的防沉作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料，如金属粉和薄片，都极易沉淀且不能完全悬浮，使用气相二氧化硅可保证其分散不沉淀。以配方总量计，二氧化硅用量在0.4%～0.8%的范围内，但特殊情况下，比如富锌漆，需增加到2%。
 
3、用作助分散剂
 
　　在粉末涂料体系中，由于气相二氧化硅的小粒径和高表面能，可吸附在涂料粉体的表面，并在粉体表面形成一个表层，提高涂料的分散性及喷涂性能，故可作为助分散剂使用。
　　值得注意的是要控制气相二氧化硅的添加量，一般不宜超过1%。因为添加量过多会造成体系触变性能太强，导致分散时边缘剪切力不够，而呈冻状，影响分散效率。
　　而要提高助分散剂在粉体颗粒的粘结附着力，最好采用疏水型白炭黑，因为在小微米尺寸范围内，它们可以使粉体颗粒吸附力最大化。同时由于是疏水型产品，覆盖在粉体颗粒时可减少水分的吸附，这样可以防止涂料结块。
 
4、用作消光剂
 
　　气相二氧化硅由于微小的粒径和形成的网状结构，使其具有明显的光散射能力。其折射指数与涂料工业中使用的大部分树脂的折射指数相近，为1.46，因此，气相二氧化硅用于清漆中具有良好的光学性能，成为高档涂料消光剂的首选。
　　影响气相二氧化硅消光剂的主要特征参数有孔体积（孔隙度）、平均粒径和粒径分布、表面处理等。对于给定的气相二氧化硅消光剂来说，其消光效率随着孔体积的增大而提高。气相二氧化硅的平均粒径及其粒径分布对于涂料光泽度的降低起重要作用。对于给定涂料和涂膜厚度，在消光剂粒径与涂料干膜厚度相对应时，消光效果最好。粒径分布的频带越窄其消光效率越高。
 
5、其他应用特性
 
　　（1）气相二氧化硅采用甲基丙烯硅烷进行表面处理后，添加到聚氨酯涂料中，可以起到耐摩擦的作用。加入5%～15%的气相二氧化硅，一方面坚固地嵌在涂膜中，聚集体的颗粒部分暴露于成膜后的涂料表面上，形成微观粗糙度，这种微观结构使涂膜表面不滑和不粘连，磨擦系数大大提高，可提高10%～35%。同时涂料的流变性能和干膜的光学性能都不受负面影响。
　　（2）气相二氧化硅还可以提高涂料的耐候性、抗划伤性，提高涂层与基材之间的结合强度。
　　（3）气相二氧化硅具有极强的紫外线吸收、红外光反射特性，填加在涂料中能提高涂料的抗老化性能。
　　不管是现在还是未来的制造都朝着功能化、绿色化方向发展，环保型涂料、功能型涂料也应运而生。气相二氧化硅的制造也必须朝着功能化、个性化方向发展，为发挥气相二氧化硅良好性能，生产企业应与涂料用户密切沟通，要充分考虑其在涂料中的分散、稳定等关键因素，同时在配方设计过程中要注意涂料体系对其的影响。
 
来源：浅述气相二氧化硅在涂料中的应用，作者：徐鹏金；体质颜料概述，作者：张亨
编辑整理：粉体技术网
 

2018年第四期矿物精细加工与应用技术高级研修班
 2018年12月2日-4日 广州

培训大纲：
1、非金属矿粉体精细加工技术
2、非金属矿粉体表面改性技术
3、非金属矿粉体在涂料中的应用技术
4、非金属矿粉体如何打开涂料行业市场
5、2018涂料狼群工程师技术沙龙
6、联谊晚宴

 
报名咨询和交流：18701083278（微信同号）


 

更多精彩！欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信（粉体技术网）