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详细内容

有機硅流平劑的結構與性能的關系?

從使用性能的角度看,有機硅流平劑主要可以提供以下九個方面的性能:流平性、流平速度、潤濕能力、重涂性、相容性、滑度、低穩(wěn)泡性、抗縮孔性及防粘連性等。而這些性能都與有機硅流平劑的化學結構相關。其中最為重要的指標是硅含量和分子量。

相容性

有機硅流平劑的相容性主要取決于改性基團的種類和數量。由此可見,當m/n的數值越。ㄒ簿褪遣幌嗳萱湺魏吭降停,則相容性越好。在m/n數值固定的情況下,x/y的數值越大,則相容性越好,這是因為聚環(huán)氧乙烷的相容性超過聚環(huán)氧丙烷的原因。

穩(wěn)泡性

有機硅助劑特別是聚醚改性硅油,在硅含量達到某個范圍的時候,其表面活性達到比較高的水平,通常表現出明顯的泡沫穩(wěn)定性 ,以此范圍為基準,而當硅含量往偏低的方向變化的時候,由于與體系的相容性逐步增加,穩(wěn)泡性逐漸減弱。當硅含量逐步往偏高的方向變化的時候,由于與體系的不相容性,穩(wěn)泡性同樣逐步減弱,最后甚至開始具備消泡能力。

對于聚醚改性硅油,在通常的x、y的數值下,當m/n>3或是m/n<0.25,均可以得到基本不穩(wěn)泡的效果。通俗的說就是當硅含量很高或者很低的時候,所得到的流平劑都是不穩(wěn)泡的,而如果做成硅含量很高的品種,就能得到手感出色、不穩(wěn)泡,但是相容性略差的流平劑,如果做成硅含量很低的品種,則得到的流平劑的性能就是相容性很好、不穩(wěn)泡但是手感不足的有機硅流平劑。

手感

通常有機硅流平劑的手感與其硅含量密切相關,在硅含量類似的情況下,還與流平劑的具體結構相關(比如聚醚與有機硅鏈段的鏈接方式等)。按照現代物理學化學的原理,漆膜的手感來源于其表面的低摩擦系數,從而分子結構而言,手感來源于CH3基團在漆膜表面的分布。

xy值固定的情況下,m/n值越大(相當于純有機硅鏈段含量越高),手感越好;而當m/n為定值時,m的絕對值越大手感越好。從這一點可以看出。對于有機硅流平劑,追求好的相容性和好的手感經常是一對矛盾,為了得到兩者兼顧,通常m/n只能在一個不大的范圍內選擇。

防縮孔性能

有機硅助劑的防縮孔性能是其降低表面張力能力的反應,通常與硅含量密切相關。另外還與助劑的絕對分子量、基團之間的連接方式等有關。同時,由于體系本質的差別較大,有些助劑在水性和油性體系里的防縮孔能力也有著極大地差別,特別是一些水性專用的有機硅防縮孔助劑,往往用在油性體系里沒有明顯的防縮孔效果。

流平速度和流平效果

從理論角度分析,流平劑的流平速度反映的是流平劑遷移到漆膜表面的快慢。這與以下的幾個因素有關:

-----流平劑分子中與體系不相容鏈段與體系的相容性越差,流平速度越快;通常有機硅鏈段與體系的不相容性 遠遠超過非硅鏈段,故通常有機硅流平劑具有比非硅流平劑更快的流平速度。從分子結構上分析,m/n越大,流平速度越快。

-----流平劑分子量越小,運動速度越快,流平也越快、;從分子結構而言,m+n越小,流平速度越快。

-----體系溫度越高,分子運動速度越快,流平速度也越快。

除溫度屬于外部因素外,其余均與流平劑的分子結構相關,在流平劑的設計階段是可控的。從結構上分析,m、nx、y的數值對流平效果的影響比較復雜,一般而言,m/n的數值在12之間的時候有比較好的流平效果,而對于固定的m/n數值的情況下,x+y的數值越大,流平效果越好。

重涂性

流平劑對重涂性能的影響主要與流平劑在漆膜之間的遷移性有關。如果流平劑在漆膜之間可以自由遷移,那么理論上該流平劑在正常添加量下對重涂性的影響就比較小。反之,如果因為某些原因造成流平劑被固定在漆膜表面,其自由遷移受到限制,就會對重涂產生影響。從分子結構的方面出發(fā):(1)分子量較大的低表面張力流平劑因遷移速度慢而影響重涂;(2)帶有反應性官能團的流平劑反應后不能遷移而影響重涂。其中后者是主要因素,在氨基烤漆和聚氨酯漆體系中,羥基是可能影響重涂的基團;在光固化體系中,丙烯酸酯基團是影響重涂的基團;在環(huán)氧體系中,環(huán)氧基或氨基是影響重涂的基團。

一般來說,m+n的數值越大且m/n的數值越高,越容易出現重涂性的問題,另外聚醚端基R基團的種類也會對重涂產生影響。

有機硅助劑的用量和第一道涂層的固化溫度也會影響重涂性。過量添加有機硅流平劑時,使一些有機硅分子仍留在二層涂層的界面,對層間附著造成影響。對于聚醚改性有機硅流平劑而言,當溫度差超過140-150℃時,會因為氧化作用而發(fā)生分解,通過氧化反應過程,反映的碎片帶有了反應基團如羥基,再通過與涂料的交聯而喪失遷移能力,從而影響重涂。

防粘連性

防粘性是一個與表面張力和摩擦系數密切相關的性能。一般來說當一個界面的表面張力小于24達因/厘米,摩擦系數小于0.26,即認為有明顯的防粘連與離型效果。界面張力越小,效果越好。

從分子結構上分析,硅含量越高,分子量越大、有機硅鏈段在涂層表面的定向能力越好,防粘效果越好。其性能基本與手感順序相近。如果某個助劑可以作為防粘連助劑使用,那么其手感已經達到很高的水平了。某些效果好的防粘連劑甚至已經不具備流平的功能,而只能作為單純的防粘連助劑使用了。

耐高溫性

通常在烤漆體系,由于使用溫度比較高,而通常的聚醚改性硅油類流平劑,由于其中的聚醚鏈段在超過150℃會開始逐漸分解,產生一些小分子碎片,這類分散產物往往容易導致各種各樣的漆膜弊端。聚酯改性有機硅、丙烯酸酯改性有機硅或芳烷基性有機硅、氟碳改性有機硅等都有比較好的耐溫性,可以應用于高溫烤漆體系。聚酯改性及丙烯酸酯改性硅油與涂料樹脂的相容性較好,可以應用于清漆及色漆體系;而芳烷性改硅油的相容性有限,只能用于高溫色漆體系。

潤濕能力

有機硅助劑的潤濕能力與助劑的結構之間的關系相對比較復雜。通常,如果涂料要求潤濕底材,則涂料的表面張力必須低于底材的表面張力,否則就很容易出現潤濕不良的狀況。

液體對底材潤濕程度的好壞可用接觸角來衡量,通常液體與底材之間的表面張力相差越大,則相應的接觸角越小,潤濕的效果也越好。

一般來說,流平劑降低表面張力的能力越強,其對底材的潤濕能力也就越好。但是與防縮孔能力不同的是,防縮孔能力通常與流平劑的靜態(tài)表面張力有關,而潤濕往往是一個動態(tài)的過程,是一個在涂料或油墨施工過程中所產生的現象,故與潤濕效果好壞關聯比較密切的是流平劑的動態(tài)表面張力的高低。另外,與防縮孔能力相同,助劑的潤濕能力往往與其所使用的體系有關,油性體系與水性體系由于其物理化學性能差異較大,助劑在其中的潤濕效果差異也比較大。有些助劑在水性體系里有很好的潤濕效果,但用于油性體系,效果可能就不明顯。

啞粉定向

啞粉定向是一個典型的與表面張力密切相關的現象。通常啞粉定向的好壞取決于整個漆膜的表面在漆膜形成過程中保持均勻的表面張力的能力。如果期末在溶劑揮發(fā)過程中或者漆膜固化反應過程中不能保持均勻的表面張力,出現了類似于貝納爾漩渦等表面缺陷,那么最終在形成漆膜表面就會出現通常所說的啞粉發(fā)花現象。

一般來說,啞光粉的種類、樹脂的種類和所使用的助劑的品種均能夠對最終的啞粉定向產生影響。而有機硅助劑在消除啞粉發(fā)花、提高啞粉定向能力方面比較有優(yōu)勢。通常,有機硅流平劑降低表面張力的能力越強、與體系的相容性越有限,越容易在漆膜形成的早期就遷移到漆膜的表面,保持表面張力的均一性,從而獲得優(yōu)異的啞粉定向效果。這樣從結構上就可以輕易看出:對聚醚改性有機硅而言,m/n越大m的絕對值越大,啞粉的定向能力越好。芳烷改性有機硅由于相容性有限,因此具備極佳的啞粉定向能力。

 


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