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有机硅在涂料工业中的应用(2)

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2、用作涂料消泡剂的有机硅助剂
作为涂料用消泡剂通常需要具有比应用体系低的表面张力,同时与应用体系不相容。有机硅由于其低极性结构,与大多数涂料树脂体系均不相容,故被广泛用作涂料消泡剂的原料。
通常,相对分子质量较大( 10 000 ~ 100 000) 的聚二甲基硅氧烷即可作为涂料消泡剂使用,目前,这类消泡剂广泛应用于重防腐等体系中。为了提高消泡效率,还可以加入一些白炭黑作为增效组分。另外,由于有机硅的消泡效率较高,在极低的添加量下就有很好的效果,为了便于添加,通常将有机硅消泡剂制成较低浓度的溶液,以适应实际生产的需要。
在溶剂型涂料体系中,为了增强涂料的消泡能力,会用氟碳改性有机硅,通过在有机硅主链中引入相容性和表面张力更低的氟碳链段,进一步降低涂料与体系的相容性,极大地提高消泡效果,通常引入的氟碳链越长,消泡效果越好,这类消泡剂通常是有机硅消泡剂中的高端品种。
在水性涂料体系中,由于水性树脂的极性较高,常规的聚二甲基硅氧烷与体系的相容性有限,难以直接用作消泡剂。通常需要用聚醚对聚二甲基硅氧烷进行改性,特别是在高光体系中的应用更是如此。通常,聚醚改性的程度越高,相容性越好,但消泡效果也会随之下降,一般需要根据体系消泡的难易程度,选择合适的改性比例,在满足消泡能力的条件下,硅含量越低越好。
水性有机硅消泡剂根据其自身状态的不同,分为浓缩型和乳液型2大类,浓缩型消泡剂抑泡能力强,但不易分散,在使用时需要强剪切; 乳液型消泡剂由浓缩型消泡剂乳化得到,通过乳化,极大地提高了使用的便利性,只需要简单的搅拌即可引入到体系中。
3、有机硅基材润湿剂
水性体系中由于水的表面张力太大,对底材( 特别是低表面张力底材) 的快速润湿较困难,故在水性涂料体系中,基材润湿剂的使用尤为重要。有机硅基材润湿剂由于其广泛的适用性,在水性涂料体系中得到了广泛使用。
式( 2) 是典型的水性体系基材润湿剂的结构。


从式( 2) 可以看出,基材润湿剂其实是一类特殊的聚醚改性硅油,其相对分子质量通常很小。由于底材的快速润湿是一个动态的过程,并且按照物理化学的原理,润湿剂的作用原理是通过快速迁移到体系的表面,降低体系的表面张力,从而达到底材润湿的效果。而根据分子运动论的观点,分子的迁移速度在很大程度上取决于相对分子质量,相对分子质量越小,迁移速度相对越快。故相对分子质量较小的聚醚改性硅油经常作为基材润湿剂用于水性体系。
进一步研究发现,用作基材润湿剂的聚醚改性硅油用于水性体系中,由于其特殊的结构[见式( 3) ],其中的有机硅链段可以充分伸展,将大量的—CH3对外伸展,从而极大地降低体系的表面张力。通常中高相对分子质量的聚醚改性硅油在水性体系只能将表面张力降低到25 ~ 26 N/m,而小分子的基材润湿剂通常可以将表面张力降低到22 N/m 以下,最低的可以到20~ 21 N/m。如此低的表面张力,使得加了基材润湿剂的水性涂料可以润湿绝大多数低表面张力的底材,甚至可润湿聚四氟乙烯底材。同时由于基材润湿剂能将水性体系的表面张力降到很低的程度,故基材润湿剂可以赋予体系良好的防缩孔性能和喷涂施工时的雾化效果。
由于基材润湿剂的相对分子质量较小,其有机硅链段非常短,故无法赋予漆膜表面良好的滑度( 通常滑度来自于较长的有机硅链段) 。当对漆膜的滑度有要求时,基材润湿剂通常与高相对分子质量的有机硅流平剂搭配使用,这也是基材润湿剂与普通的有机硅流平剂的不同之处。
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