二氧化硅消光剂及应用

1.引言
      涂料中的消光剂是一类能够改变涂膜表面光学性能的助剂。这类助剂能够在涂膜表面产生预期微粗糙度,使涂膜的光泽显著降低。这对于某些古朴典雅饰面效果的高档建筑涂料来说是需要的。涂料的光泽是其镜面状涂膜以同一角度反射入射光的结果。在涂膜表面引入微粗糙度就能够改变光的反射方向,使光向各个方向反射而得到无光涂膜。可测量任一角度反射光的数量以定量地表征光泽度降低的多少。常用20o、60o、80o入射光来测量涂膜的光泽。
      在涂料中加入颜料或填料,使之凸现于涂膜表面,也可以向涂膜表面引入微粗糙度。表面的颗粒越多,微粗糙度越大,光泽度越低。生产无光涂料可以使用填料(例如轻质碳酸钙和滑石粉等),但所需要的用量较高,常常会超过涂料的临界颜料体积浓度而使涂膜的物理性能变差。使用消光剂可以避免这一问题。常用的消光剂分有机和无机两大类。无机消光剂中的最重要品种是二氧化硅消光剂,本文介绍其品种、性能及在涂料中的应用等。

2. 二氧化硅消光剂的种类
作为涂料消光剂所用的二氧化硅主要是合成二氧化硅,分气相二氧化硅和沉淀二氧化硅两类。这两类二氧化硅的微观结构都是无定型或呈玻璃态。天然的二氧化硅商品名为石英粉,只能作为填料应用于涂料中,并无消光效果。合成的二氧化硅系以天然石英砂为主要原料,将其和氢氧化钠或碳酸纳在高温下反应生成硅酸钠,再经过不同的工艺即可以制得气相二氧化硅或沉淀二氧化硅。
与天然二氧化硅相比,合成二氧化硅的纯度高、惰性大。例如,它能耐紫外光的蜕变。无定型二氧化硅的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,无定型二氧化硅用于清漆中具有良好的光学性能。

3. 二氧化硅消光剂的性能
使合成二氧化硅成为有效的通用消光剂的主要物理性能是粒径、孔隙率和密度。

3.1孔隙率
合成二氧化硅不是实心颗粒,在微观结构上是海绵状的多孔性颗粒,有大量的孔隙,孔隙中充满空气。因而,合成二氧化硅的密度很低。高孔隙率的合成二氧化硅单位质量所含有的二氧化硅颗粒数目比低孔隙率的多。因为光泽度的降低是颗粒效应,所以对于给定粒径来说,高孔隙率的二氧化硅其消光效果更好。

3.2 粒径
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,在最佳粒径分布时消光效果最好。其粒径分布越窄越好。粒径分布的范围宽,表明有大量的“细”和“粗”颗粒。这两类颗粒除了消光效果差外,“细”颗粒还会增大涂料的黏度;“粗”颗粒则会使涂膜表面过度粗糙。一般平均粒径介于8-10um的二氧化硅消光粉,更适合涂膜较厚的建筑涂料使用。粒径大的二氧化硅更容易分散,且对涂料体系黏度影响很小。

3.3 表面特性
二氧化硅可以用有机涂覆物(主要是高分子蜡)进行表面处理得到容易分散的消光剂,并能改进涂膜的抗划伤性,防止涂料在贮存过程中出现硬沉淀。经过处理的二氧化硅对消光效果稍有影响,多用在木器清漆及工业罩光涂料中。一般涂料使用未经处理的二氧化硅消光剂,因为其中已有颜填料,为了防止沉淀往往已经采取了措施,不存在消光剂沉淀的问题。另外未经处理的二氧化硅对基料的黏度有影响,能赋予涂料体系以触变性而起到防止颜填料沉降的作用。经过表面处理的二氧化硅的ph 可有不同,适用范围也不同。例如,低ph 的二氧化硅在酸催化涂料中有效,而ph 为中性的二氧化硅则适用于ph 为8-9的水性涂料。合成二氧化硅消光剂具代表性的产品有天津化工研究院研制成功的TMS 消光剂、英国CROSFIELD( 公司的GASIL HP 产品系列、美国GARCE  公司的SYLOID产品系列、德国(DEGUSSA 公司的产品系列,以上; 家公司的部分产品性能如表1-3; 所列。
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4二氧化硅消光剂在涂料中的应用
4.1 2 适用范围
二氧化硅高效消光剂在涂料工业中具有广泛的应用,其适用的涂料品种有:水性和溶剂型透明木器涂料(木器清漆)、水性和溶剂型木器涂料、高固体分涂料、酸催化涂料、建筑涂料、电沉积底涂料、织物涂料、乙烯涂料、军器涂料、墙纸涂料、聚氯乙烯塑料涂料等。用高分子蜡处理的二氧化硅消光剂用于水性透明木器涂料,其涂膜具有优异的光学性能,在使用过程中只有软沉淀。在高固体分涂料中使用二氧化硅消光剂,其最大的优点是在得到所需要的消光效果的同时

4.2 分散方法
二氧化硅消光剂在水性和溶剂型涂料中都很容易分散。但最好还是使用高速分散机分散。一般不要在研磨工序之前投料,以防止将消光剂颗粒磨细而降低消光效果。

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