有机硅知识—谈谈有机硅助剂在涂料中的应用(二)
一、用作耐磨助剂的有机硅助剂。 对耐磨性能有要求的涂料体系,除了提高树脂交联密度外,添加合适的助剂也是一种常见的手段,有机硅助剂是常用的一类添加剂。常见的有超高相对分子质量有机硅微球、超高相对分子质量有机硅乳液,以及有机硅纳米改性剂等。 超高相对分子质量耐磨有机硅微球内部有轻微交联结构的高相对分子质量聚硅氧烷的分散体,微观上呈微球状,加入体系中后,*终会在漆膜表面定向排列,形成一层聚硅氧烷薄膜,从而为体系提供优异的滑度和表面耐磨效果。在水性涂料体系中,除了有机硅微球以外,超高相对分子质量有机硅乳液也是常用的一类耐磨助剂,它们通常由有机硅乳液聚合而得,内相黏度极高,相对分子质量可达到上百万,加入体系中在成膜以后,可以在表面形成一层超高相对分子质量的有机硅薄层,从而提高了漆膜的耐磨效果。 二、用作涂料树脂改性的有机硅助剂。 通过一些带有反应型官能团的有机硅材料作为改性助剂,可以在树脂体系中引入有机硅链段,从而将有机硅材料的优异性能引入到涂料体系中。树脂改性用有机硅材料分别带有各种不同的官能团,通常都是两端带有反应型基团的有机硅聚合物。带碳羟基的有机硅材料通常与聚氨酯材料有较好的反应能力,可以用于聚酯或者聚氨酯树脂的改性; 带有环氧基团的有机硅材料可以用于环氧树脂的改性; 两端带有丙烯酸酯双键的有机硅材料可以用于光固化树脂的改性,带有丙烯酸酯双键的有机硅材料还可以用于有机硅改性乳液的合成反应; 带有氨基的有机硅材料可以用作有机硅改性聚酰亚胺树脂的合成,用于一些高端用途; 带有羧基的有机硅材料可以用作粉末涂料树脂的改性并参与反应。 三、用作耐污助剂的有机硅助剂。 耐污助剂大多是各种特殊结构的有机硅助剂,它们通常含有一些能够与体系反应的有机硅基团R,同时具备一些可在表面伸展的有机硅链段,正是这些伸展的有机硅链段提供了优异的耐污效果。如左图所示,当R 为羟基时,可以用于聚氨酯体系和氨基烤漆体系,羟基含量低的时候适用于溶剂型体系,羟基含量高的时候,适用于水性体系; 当R 为丙烯酸酯双键时,可以用于光固化体系; 当R 基团为环氧的时候,可以用于环氧体系。 四、用作颜填料分散剂的有机硅助剂。 从结构来看,分散剂含有亲颜料基团和溶剂化链段。有机硅化合物经过合理的结构设计,可以得到能用作涂料体系分散剂的化合物。常见的硅烷偶联剂就可以作为填料的分散剂使用。如左图是用作水性涂料分散剂的有机硅化合物的示意图。由于通常颜填料表面( 特别是无机颜填料) 吸附了空气中的水分或自身结构的原因,都含有一定的羟基,当有机硅化合物加入水性涂料体系后,其中的有机硅烷会水解产生相应的硅羟基,产生的硅羟基能与颜料表面的羟基进一步缩合,从而牢固地连接到颜料表面,在颜填料表面产生分子吸附层,再加上其所含有的亲水的溶剂化链段所提供的熵稳定作用,可以为颜填料在水性体系的分散提供稳定化作用,故特别适用于一些较难分散的无机颜填料特别是纳米级的无机颜填料( 如纳米氧化铁、纳米氧化锌、纳米氧化硅)的分散。 五、用作附着力促进剂的有机硅助剂。 硅烷类附着力促进剂已广泛应用于底材为玻璃、陶瓷、金属锌、金属铁以及一些塑料体系的溶剂型涂料体系中。硅烷中的烷氧基与体系中的少量水反应,生成硅羟基,硅羟基与底材表面的羟基反应,形成牢固的吸附层,而硅烷中所含有的R 基团中含有反应型基团( 针对不同的树脂体系有氨基、环氧基、甲基丙烯酰基等) 则可以在交联过程中与树脂体系产生化学键交联,在树脂与底材之间提供很强的架桥作用,从而大大提高附着力。 与溶剂型涂料体系相同,在水性涂料体系中,当应用于玻璃、陶瓷以及部分金属和塑料底材时,硅烷仍旧可以用作附着力促进剂,但是与溶剂型体系不同的是,由于水性体系以水为分散介质,通常适用于溶剂型体系的硅烷类附着力促进剂加到水性体系中,会因为水解速度太快,而很快失效,故在使用的时候只能在施工现场添加。根据水性涂料体系的特点,开发出了适用于水性涂料体系的硅烷。通过调整硅烷结构中的R 基团的大小,通过R 基团的位阻效应,影响硅烷的水解速度,从而使硅烷的水解周期能够与水性涂料的使用周期同步,提高水性涂料的贮存稳定性。 六、用作水性涂料外交联剂的有机硅助剂。 水性涂料特别是单组分水性聚氨酯体系,通常因为没有交联而在性能方面不如交联型双组分聚氨酯体系。为了提高单组分水性聚氨酯的使用性能,经常在水性聚氨酯涂料配方中加入后交联剂,如氮丙啶等,利用氮丙啶与水性聚氨酯中的羧基进行反应,提供一定的交联度,从而大大提高涂料的*终性能,如耐水性和耐溶剂性等。然而由于氮丙啶具有相当的毒性,在使用中受到限制,其次,氮丙啶的交联速度太快,只能做成双组分体系使用,第三,氮丙啶交联剂无法提高水性聚氨酯对底材的附着力。 为此开发出了各种不同结构的新型外交联剂,其中有机硅外交联剂就是其中的一种。常用的有机硅交联剂一般含有环氧基团,在漆膜干燥过程中,外交联剂中的环氧基团可以与水性聚氨酯中的羧基进行开环反应,产生化学键连接,另外通过其自身的交联反应,从而得到一个三维的交联结构,形成有机-无机杂化的体系,从而提高漆膜的耐水性和耐化学性等性能。