CABOT气相二氧化硅和气相氧化铝在涂料中的应用-cabot

气 相 金 属 氧 化 物 气相二氧化硅和气相氧化铝在涂料中的应用 � 您正在寻找某种超细粒子为您所要的应用提供多种功能吗？作为卡 博特的核心产品，CAB-O-SIL®气相二氧化硅、SpectrAlTM气相氧化铝 和 CAB-O-SPERSE®气相金属氧化物分散液可应用于多种工业，并提 供超乎寻常的益处。从1950年代早期开始，卡博特对气相金属氧化物 (FMO)进行开发、生产并销售，以满足全世界客户的各种极具挑战性的 需求。 今天卡博特继续发展超细粒子技术、制造独具特性的气相金属氧化物 以满足您个性化的需求。卡博特在超细粒子技术方面的能力包括： n 对炭黑、混合氧化物、难熔金属和气溶胶的先进制造技术和处理技术； n 对二氧化硅、炭黑、着色颜料和催化剂等超细粒子的表面改性技术； n 对单一或复合多相微粒媒介复合物的制造技术，以获得着色、分散稳 定、产生电荷、电化学行为及绝缘等特性。 总之，如果您需要，我们就有可能做出来。 内容表 页数 简介 2 气相金属氧化物在涂料应用中的功能 3 气相金属氧化物的牌号 4 气相二氧化硅的表面化学 5 气相二氧化硅在液态体系中的作用机理 6 影响气相二氧化硅在液态体系中性能的因素 8 气相金属氧化物在粉末涂料中的作用机理 10 在涂料中的使用建议 12 防腐涂料 14 CAB-O-SIL气相二氧化硅和 SpectrAl气相三氧化二铝牌号选择指南 15 简 介 气相金属氧化物在涂料应用 中的功能 气相金属氧化物用途广泛，是一种高效添加剂，能够为涂料提供一种或 更多的重要性能。 气相金属氧化物在液态涂料中主要起流变控制、抗沉降的作用；在粉 末涂料中主要起使粉末自由流动、防止粉末结块、流化等作用。 气相金属氧化物的流变控制功能包括增稠(稠化)、触变、防流挂、把持 力、边缘覆盖力和金属漆的花纹定型。气相金属氧化物可防止在涂料存 储期间颜料的沉降和结块，通过在固化时阻止颜料的分层来提高涂膜 的均一性。气相二氧化硅在粉末涂料中能提升粉末自由流动、防止结块 和流化的性能。 通过选择不同牌号的气相金属氧化物，配方设计者可以在涂料流挂、流 平、及触变性之间取得平衡，并符合高固含量涂料及低VOC涂料的要 求。如果应用得当，气相金属氧化物能够提高涂料的预期性能，而不造 成负面效果。 本手册用以帮助配方设计者选择适当牌号的气相金属氧化物，以获得 预期的涂料性能，并详细解释了气相二氧化硅的作用机理以及如何在 涂料系统中正确地分散气相二氧化硅 。 � 气相金属氧化物的牌号 n 非处理型气相二氧化硅 表1 列举了CAB-O-SIL非处理型气相二氧化硅在涂料中推荐使用的牌 号及性质。随着表面积增加，气相二氧化硅的流变控制能力会提高。我 们不推荐表面积小于200m2/g的非处理型气相二氧化硅。 通常，随着气相二氧化硅表面积的增加，所需要的分散能量更大。 M-5 (200m2/g)用Cowles溶解器等高速分散设备就可以达到恰当的 分散。H-5 (300m2/g)、HS-5 (325m2/g)及EH-5 (380m2/g)等具有 更高表面积的产品，则需要具有更强剪切力的设备，如砂磨机。 气相二氧化硅的分散效果直接影响其在涂料体系中的功能。分散较 差的高表面积气相二氧化硅其效果甚至还不如分散较好的低表面积 气相二氧化硅。 卡博特针对客户要求还提供压缩型非处理气相二氧化硅产品。通过 机械压缩将非处理型气相二氧化硅的体积密度从约50g/L提高到约 120g/L。但机械压缩会降低二氧化硅的可分散性，我们不建议在 涂料中使用压缩型CAB-O-SIL气相二氧化硅产品。 CAB-O-SIL气相二氧化硅所有牌号产品的折光率都是1.46，在许多 体系中，气相二氧化硅既不影响颜料系统的色彩，也不会降低清漆 的透明性。达到分散要求的CAB-O-SIL气相二氧化硅对涂料光泽几 乎没有什么影响。 CAB-O-SPERSE是非处理型气相二氧化硅以水分散液形式提供的 产品。您可以根据需求向卡博特索取相关产品资料。 n 处理型气相二氧化硅 表2列举了CAB-O-SIL处理型气相二氧化硅在涂料中推荐使用的牌号 及性质。处理型气相二氧化硅表面的疏水程度有所不同，TS-720和 TS-530疏水性较强，而TS-610疏水性较弱。 n 气相氧化铝 表3列举了SpectrAl气相三氧化二铝在粉末涂料中推荐使用的牌号及 性质。 表1：非处理型气相二氧化硅的典型性质 CAB-O-SIL 非处理型气 相二氧化硅 表面积 (m2/g) pH 值(4%水浆) 加热损失 (105° C, Wt %) M-5 200 4.0 < 1.5 H-5 300 4.0 < 1.5 HS-5 325 4.0 < 1.5 EH-5 380 4.0 < 1.5 表2：处理型气相二氧化硅的典型性质 CAB-O-SIL 处理型气相 二氧化硅 处理剂 表面积 (m2/g) pH 值 (4% 水浆) 碳含量 (Wt %) TS-720 二甲基硅酮液 115 NA 5.4 TS-610 二甲基二氯硅烷 125 >4.0 0.85 TS-530 六甲基二硅氮烷 225 5.5 4.25 CT-1221 六甲基二硅氮烷 215 5.5 2.35 表3：气相三氧化二铝的典型性质 SpectrAl 气相三氧化 二铝 表面积 (m2/g) pH 值 (4 % 水浆) 加热损失 (105° C, Wt % ) SpectrAl 51 55 4.7 < 1.5 SpectrAl 81 80 4.7 < 1.5 SpectrAl 100 95 4.7 < 1.5 � 气相二氧化硅的表面化学 ݈ဥມࠕ๽ ؆৲ ᳌ࠕ ݈ဥມࠕ๽ པਪ᳌ࠕ �౦ࡶߋ� Si Si Si Si Si Si Si O O O O O H H H لဥߋ݈ ѝ૲ TS-720 TS-610 TS-530 & CT0 -1221TT CH3 CH3 CH3 -Si-CH3 -Si-CH3 Si Si Si O O O O n ऑلࡑࠕ݈ມ ຢ಍԰য় لࡑࠕل੶݈ມ ҍٺ԰য় ੉ࡑࠕل݈֒ມ ຢ಍԰য় Si Si Si Si Si-CH3CH3-Si CH3 CH3O O O O O O CH3 CH3-Si-CH3 O O O Si Si Si TS-720 TS-610 TS-530 & CT-1221 气相二氧化硅的独特表面化学决定了它在涂料系统中的性能表现，如 图1所示。二氧化硅表面约40%被羟基覆盖，使得非处理型气相二氧化 硅表面呈现出亲水性 羟基是表面化学相互区分的特征。当在液态涂料中加入气相二氧化 硅，表面羟基会与相邻二氧化硅粒子表面上的羟基相互作用形成氢键。 粒子间的氢键作用为CAB-O-SIL气相二氧化硅在液态系统中提供了流 变控制的功 能，这在非极性液态体系中显得尤为突出。更详细信息请 分别参考后面的章节“气相二氧化硅在液态体系中的作用机理”和“影 响气相二氧化硅在液态体系中性能的因素”(第5页和第7页)。 图1：CAB-O-SIL气相二氧化硅粒子表面的典型基团 图2显示了CAB-O-SIL气相二氧化硅处理型产品表面的有机硅化合物 基团。 在CAB-O-SIL TS-720的处理过程中，硅酮液和二氧化硅表面 的羟基反应。 聚合物在反应中发生断链，断裂的聚合物链进而结合在 二氧化硅粒子表面上。经过该法处理的二氧化硅不是通过氢键化作用 提供流变控制，而是依赖于改性过的表面化学。 在CAB-O-SIL TS-610的处理过程中，二甲基二氯硅烷和二氧化硅表 面的羟基反应。这一反应降低二氧化硅粒子表面的羟基数量，进而削弱 其形成氢键的能力。 在CAB-O-SIL TS-530和CAB-O-SIL CT-1221的处理过程中，六甲 基二硅氮 烷和二氧化硅表面的大部分羟基反应。这一反应明显降低二 氧化硅由于氢键而具有的增稠能力。 图2：CAB-O-SIL 处理型气相二氧化硅表面的有机化合物基团 (TS-720、TS-610、TS-530、CT-1221) � n 非处理型气相二氧化硅 CAB-O-SIL 气相二氧化硅在液态体系中提供流变控制的独特能力取 决于其表面化学和链状结构。颗粒聚集体能够通过表面羟基间的氢键 链接在起来(如图3)，形成三维的二氧化硅网络。液体被包裹在二氧化 硅网络结构中，最终导致粘度及屈服值的提高。聚集体之间的氢键是 脆弱的，可以被剪切力轻易打破。然而，一旦剪切力撤除，氢键又快速 回复，二氧化硅网络结构得以重建，体系的粘度及屈服值也恢复至初始 值。这种剪切变稀化并与时间相关的回复行为就叫做触变性。触变性 是CAB-O-SIL气相二氧化硅能够为涂料提供多种益处的关键所在。涂 料体系中的二氧化硅三维网络能够在涂料存储期间防止颜料沉降。而 在涂料涂装时，二氧化硅三维网络能被剪切力迅速打破。涂刷、喷涂、 浸涂及流化等涂装工艺，都能产生足够强的剪切力以打破涂料中的二 氧化硅网络结构。一旦涂装时的剪切力撤除，二氧化硅三维网络结构就 开始重建，并且只需要短暂时间。在二氧化硅三维网络结构重建过程 中，体系屈服值和粘度都足够低，涂层能很好流动、流平，滞留的空气 也能逸出。当屈服值和粘度恢复至足够阻止液体流动时，涂膜便具有 防流挂性能。 CAB-O-SIL气相二氧化硅除了具有触变功能之外，还能够控制 “相 框”或“厚边”现象的发生，所谓相框或厚边是指涂层在靠近平面边缘 的地方形成的厚圈。边缘涂层中溶剂更容易挥发，造成表面张力不均 匀。二氧化硅三维网络结构在材料流到边缘之前就能够充分重建。气 相二氧化硅能够提高涂料的“把持力”，把持力是指涂料不会被多孔性 底材吸收的能力。这有利于涂料在木材、石材、混凝土以及大部分底涂 上的涂装。二氧化硅三维网络结构能够迅速重建并阻止涂料流向底材 内的孔隙。 触变性能够限制多彩涂料中金属颜料鳞片的运动。颜色因涂装方法不 同(例如空气喷涂和真空喷涂)而形成的差异会能降到最小，这些涂装 方法需要使用不同的混合溶剂，从而影响到金属鳞片在漆膜中运动及 自我定向排列的时间，导致颜色上的差异。气相二氧化硅所赋予的触变 性能够使因人工操作或涂装方法不同而带来的颜色差异降到最低。 触变性有助于控制锤纹涂料中的花纹形成。锤纹涂料的花纹就是加入 不相容的硅酮液而形成的缩孔。通过控制涂料的流动时间，气相二氧 化硅使缩孔花纹更加均匀。和金属涂料中一样，这有助于降低人工操 作的不同而带来的差异。 H O H O Si Si H O H O Si Si 气相二氧化硅在液态体系中的 作用机理 图3：相邻CAB-O-SIL 非处理型气相二氧化硅 聚集体之间的氢键促进二氧化硅网络的形成 � n 处理型气相二氧化硅 CAB-O-SIL TS-720处理型气相二氧化硅由于其改性过的表面化学， 能够在 液态体系中建立类似的结构。TS-720具有与非处理型牌号类 似的触变行 为，但是其结构重建速度更快。在很多涂料体系中，更快的 重建速度对应于更低的流动、流平，和更强的抗流挂值。TS-720的流 变控制能力与非处 理型牌号的有显著差别，其效率取决于其在体系中 的相容性。更详细信息请参考后面的章节“影响气相二氧化硅在液态 体系中性能的因素，处理型气相二氧化硅”(第8页)。 CAB-O-SIL TS-610处理型气相二氧化硅在液态体系中通过氢键提 供流变 控制功能。二甲基二氯硅烷基团和二氧化硅表面羟基的反应减 少了羟基的数量，从而降低二氧化硅聚集体间相互形成氢键的能力。由 低表面积的二氧化硅（LM-130表面积小，130m2/g）处理得来，较少的 表面羟基，使TS-610较M-5 (200m2/g)有较低的增稠效果。同时，由 于TS-610形成氢键能力 降低，二氧化硅网络结构在剪切力撤除之后 需要更长时间来重建。这有助于提高涂料流动性及流平性，减少“橘 皮”现象发生。为达到同样的防流挂效果，TS-610的添加量比M-5的 稍微多一些。 CAB-O-SIL TS-530处理型气相二氧化硅在涂料体系中是一款优良的 防沉降剂，而且很少增加体系粘度，这一特性在高固份体系中尤其有 用。通常不推荐TS-530作为流变控制剂使用。六甲基二硅氮烷消耗了 绝大部分的表面 羟基，显著降低了TS-530快速形成氢键网络结构的 能力。 图4：涂料中处理型及非处理型气相二氧化硅 的性能 从中央到四周，相关性能逐渐提高 ्ੇܲ ੇ׵ྦދ ੇ௣ྦ စਟϣԂ৶ ආඪྦ ٤ᆿޯя ᅀԙ M-5 TS-720 TS-610 TS-530 � n 非处理型气相二氧化硅 CAB-O-SIL非处理型气相二氧化硅在涂料的应用中有四大主要影响 因素： 1. 涂料体系极性 2. 二氧化硅分散程度 3. 涂料中其他能成氢键的物质 4. 水性涂料的pH值 极性: 涂料体系中所采用的高分子物质和溶解高分子的溶剂决定了体 系的总体极性和成氢键的能力。几乎所有在涂料中应用的高分子物质 都属于中等成氢键能力的范畴，其极性通过交联性基团表面出来，例如 羟基、羧基、环氧基或异氰酸酯基等。高分子物质的分子量和上述基团 的位置决定其极性大小。 比起高分子物质，溶剂对于气相二氧化硅性能键的影响或许更大，或者 说大得多。诸如酮类、醚类、酯类及醇类的含氧溶剂极性很强，对 CAB-O-SIL气相二氧化硅的性能有负面效果。图5以正丁醇为例演示 了这种负面影响。醇羟基与二氧化硅粒子表面羟基形成氢键，然而正丁 基不能氢键化，这就阻碍了二氧化硅网络结构的形成，从而降低了二氧 化硅防流挂、防沉降等关键性能。 分散：CAB-O-SIL 气相二氧化硅必须适当分散以得到流变控制效果 和获得最佳效率。气相二氧化硅需要分散至Hegman 细度计读数为 4~7.5NS (8~33微米)，以获得最大效率。如果分散不足，二氧化硅网络 不能充分建成。 成氢键物质：涂料配方复杂，含有很多能和气相二氧化硅相互作用的物 质，这些物质或者提高、或者降低二氧化硅进行流变控制的能力。许多 作为分散剂或润湿剂使用的物质能够提高气相二氧化硅的效率，这些 物质经常带有多个成氢键点，例如羟基、羧基或氨基。任何只带有单一 成氢键点的物质都会降低CAB-O-SIL 气相二氧化硅的效率。 图6演示了CAB-O-SIL气相二氧化硅使用过程中的一种主要担心的现 象，过度分散。中央图片代表二氧化硅被适度分散，涂装之后(右上 图)，网络能够在涂膜中在短时间内迅速重建，防止流挂。左下图显示 的是二氧化硅被过度分散后的链状结构，这样在涂装之后(右下图)，在 阻止流挂所需要的时间内只有一部分网络能够重建。这是因为，以较 小附聚物尺寸为起点，短时间内涉及到更多氢键来重建整个网络。建议 CAB-O-SIL气相二氧化硅最多被分散至Hegman细度计读数为7.5NS (8微米)。 水性体系的pH 值：水性体系中pH 值对气相二氧化硅起到流变控制的 能力影响显著(图7)。气相二氧化硅表面不带净电荷，根据水性体系pH 值不同，表面羟基能够被离子化。 影响气相二氧化硅在液态体 系中性能的因素 H O H O Si Si H O H O Si Si H O C 4 H9 图5：正丁醇分子与CAB-O-SIL亲水性气相二 氧化硅形成氢键，影响二氧化硅网络形成。 � 在pH=2.3 时，气相二氧化硅达到等电点，此时不发生电离。pH 值小于 2.3 时，二氧化硅表面带正电；pH 值大于2.3 时，二氧化硅表面带负 电。在pH 值大于8.5 时，二氧化硅表面电荷产生的静电排斥力能够将 二氧化子粒子推到足够远的地方，以至于无法形成粒子间的氢键。 在pH 值大于8.5 时，气相二氧化硅在没有其他添加剂的帮助下不能有 效的作为流变控制剂使用。若pH 值大于10.8，二氧化硅发生溶解。 n 处理型二氧化硅 CAB-O-SIL TS-610和TS-530处理型气相二氧化硅通过氢键起作用 影响非处理型牌号性能的因素也将影响该二者的性能。影响TS- 720性能的因素 则有所不同(参见题为《气相二氧化硅在液态体系中的 作用机理，处理型气相二氧化硅》的章节，第6页)。与处理型牌号相 比，TS-720的流变控制 性能对体系极性的敏感程度较低。TS-720在 含有低分子醇或脂肪烃的涂料中表现一般。环氧体系中的反应性稀释 剂会影响TS-720在体系中的效率和粘度稳定性。 Original agglomerates & Aggregates before dispersion DISPERSION PATTERNS OF CAB-O-SIL® Network (optimum dispersion) Excess Dispersion Good Dispersion Over dispersed aggregates Intermediate chain structure Partial Network (over dispersion) Shearing Shearing Standing Standing Original agglomerates & Aggregates before dispersion DISPERSION PATTERNS OF CAB-O-SIL® Network (optimum dispersion) Excess Dispersion Good Dispersion Over dispersed aggregates Intermediate chain structure Partial Network (over dispersion) Shearing Shearing Standing Standing Original agglomerates & Aggregates before dispersion DISPERSION PATTERNS OF CAB-O-SIL® Network (optimum dispersion) Excess Dispersion Good Dispersion Over dispersed aggregates Intermediate chain structure Partial Network (over dispersion) Shearing Shearing Standing Standing Original agglomerates & Aggregates before dispersion DISPERSION PATTERNS OF CAB-O-SIL® Network (optimum dispersion) Excess Dispersion Good Dispersion Over dispersed aggregates Intermediate chain structure Partial Network (over dispersion) Shearing Shearing Standing Standing Original agglomerates & Aggregates before dispersion DISPERSION PATTERNS OF CAB-O-SIL® Network (optimum dispersion) Excess Dispersion Good Dispersion Over dispersed aggregates Intermediate chain structure Partial Network (over dispersion) Shearing Shearing Standing Standing 图7：pH 值对高度分散在水中的CAB-O-SIL M-5 气相二氧化硅的粘度的影响粘度 pH 值 V is co si ty pH 1 3 5 7 9 11 图6: � 气相金属氧化物在粉末涂料 中的作用机理 无论是摩擦静电涂装还是电晕起电涂装，粉末涂料都需要添加流动添 加剂以提高其在喷涂或处理时的流动性能和在存储时的稳定性。 粉末聚集是材料内部结构作用力通过多种方式与颗粒所受重力相互竞 争的结果，取决于颗粒尺寸、湿度和颗粒构成(见图8)。当干燥颗粒尺 寸大于75微米，重力大于结构或颗粒间作用力，颗粒-颗粒引力可以忽 略不计。由此，粉末可以流化，且只需要很少能量就可以流动，因为颗 粒能够彼此独立的运动。 重力 结构力 重力 结构力 自由流动 附聚 目前技术 基质颗粒 新技术 10 to 20 µm~75 µm 100 µm ~35 µm n 总体目标： 通过减小基质颗粒尺寸来得到更薄涂层 n 方法： 加入流化剂/流动调节剂 与随机混合相对应的是，添加剂分均匀分布在基质颗粒表面形成有序 混合，添加剂和基质颗粒可以作为一个整体运动(见图10)。添加剂“涂 层”保护基质颗粒不发生附聚，减轻由于范德华力、吸潮、静电或颗粒 磨擦等原因而产生的粉末粘接。 图9：随机混合 n 各组分的解合作用/混合物分层 n 基质颗粒倾向于附聚 流化需要更多能量 运输时会发生沉降 粉末流动性差 二氧化硅 基质颗粒 图8：结构力和重力自由流动 10 n 各组分均匀分布 n 基质颗粒彼此独立运动 流化需要较少能量 运输时较少发生沉降 粉末流动性更好 粉体蓬松密度增加 流动添加剂使范德华引力随颗粒间隔增加而减弱。这些力在涉及更小 的颗粒时尤其重要，如在超细粉末涂料中。 在潮湿度较低时，添加剂能作为阻隔剂以防止吸潮部分接触；在吸潮程 度较高、出现液桥并导致粉末结块时，添加剂(尤其是疏水性添加剂)能 够降低油漆粉末的吸潮度。 加入适合的添加剂能够改变粉末电荷性质，从而降低静电结合，同时也 能作为固体润滑剂或助流剂，减少颗粒间集结。 添加流动添加剂的基本目的是，通过提高基质颗粒与添加剂的粒径 比、和/或添加剂对基质颗粒表面的亲和力，从而获得高度有序的混合 物。通常，基质颗粒粒径应至少比添加剂粒径大6 倍，最好能够更多。 由于油漆粉末大多在35 微米左右，因而添加剂的最大粒径应在5~6 微 米。近年来卡博特公司在研发符合这一要求的材料上不惜投资，最终成 功开发出CAB-O-SIL气相二氧化硅和SpectrAl 气相三氧化二铝各牌号 产品，其平均聚集体尺寸比前面所要求的要小几个数量级。这些材料能 够很好的应用在超细涂料中，其中最小尺寸的产品只有0.1~0.2微米。 为提高与基质颗粒表面的结合力，需要用到经过特殊处理的二氧化 硅。但所使用的处理方法不能影响二氧化硅的聚集体尺寸，否则进行处 理的效果就被削减了。 图10：有序混合 二氧化硅 基质颗粒 11 n 流变控制 CAB-O-SIL 气相二氧化硅赋予涂料体系的触变性是解决涂料涂装问 题的关键所在。通过漆膜中二氧化硅建立的三维网状结构，可以实现 流挂控制。在进行喷涂、粉刷、流化涂覆等涂装时二氧化硅结构会暂时 被破坏，因而良好的流动性和流平性就成为可能。剪切力撤除后，需要 一段时间来重建结构，涂料就能够充分流动，获得良好的流平性。当结 构重建完成，所有运动停止，漆膜就能够抵抗重力的拉曳作用。即使是 在烤箱温度下涂料树脂发生稀化时，二氧化硅结构都不会被破坏或发 生流挂。 如《气相二氧化硅在液态体系中的作用机理》章节(第5页)所介绍的， 除了防流挂功能以外，气相二氧化硅所赋予的触变性还能有利于涂料 的其他性能。 气相二氧化硅能减轻“相框”或“厚边”现象的发生；能控制金属涂料 的鳞片定向排列；能提高涂料的把持力；能控制锤纹涂料的花纹发展 和尺寸。 添加量：气相二氧化硅为达到流变控制而需要的添加量取决于若干因 素，其中最为重要的有：体系极性、涂料制造时能够提供的分散能以及 涂装时的漆膜厚度。极性的影响以及分散能的影响在《影响气相二氧 化硅在液态体系中中性能的因素》章节(第7页)已经讨论。通常，厚度为 1~3 密耳(2.5~7.5 微米)的漆膜要得到足够的抗流挂性，需要加入相当 于总质量0.25~0.5%的气相二氧化硅。涂料漆膜厚度在15~30 密耳 (38~75 毫米)之间，需要加入大约2~3%的气相二氧化硅。相框现象也和 漆膜厚度有关，其气相二氧化硅添加量和抗流挂所需要的类似。为了控 制多彩涂料的鳞片定向排列，需要加入相当于金属鳞片颜料质量 15~20%的CAB-O-SIL 气相二氧化硅。对于锤纹涂料，推荐的气相二氧 化硅添加量为0.3~0.6%。0.25~0.75%的CAB-O-SIL气相二氧化硅能够 提高涂料在多孔性底材上的把持力。 牌号选择：选择最为合适的CAB-O-SIL 气相二氧化硅牌号取决于气 相二氧化硅的分散性是否和下列因素匹配： n 涂料制造时能够提供的分散能 n 其他颜料的使用 上述因素是相互关联的。此外，CAB-O-SIL TS-720 处理型气相二氧 化硅对环氧/聚酰胺及氨基甲酸酯涂料特别有效。 二氧化硅的分散性往往和所采用的分散设备相匹配。M-5 (200m2/ g)的分散推荐使用Cowles 溶解器这样的高速分散设备，M-5 在其中 很容易分散(大致相当于大多数非处理型金红石型二氧化钛)。H-5 (300m2/g)和HS-5 (325m2/g)的分散推荐在砂磨机中进行研磨分 散，该类设备的高剪切力不会导致H-5 和HS-5 的过度分散。 EH-5 (380m2/g)的分散推荐使用砂磨机、卧式球磨机或密炼机，且需 要较长滞留时间，EH-5 能够承受该类设备产生的分散力。 在涂料中的使用建议 CAB-O-SIL处理型气相二氧化硅则需要更多的剪切能或分散能。高速 分散机能够将TS-720分散至Hegman细度计读数为2~3NS (65~75微 米)，如果要达到5.5~6.5NS (18~33微米)，则需要砂磨机或球磨机。 TS-610和TS-530的分散略微容易些，但是如果要达到Hegman细度 计读数7NS (15微米)以上，仍需要砂磨机这样的设备。 所选择的CAB-O-SIL气相二氧化硅的分散性也应与涂料研磨过程中 其他颜料的分散性匹配。例如，M-5 (200m2/g)不能和氧化铁黄这样 的颜料一起使用，如果研磨到氧化铁所需要的Hegman细度，M-5 (200m2/g)会被过度分散，因为氧化铁分散较慢。这会对M-5作为流 变控制剂的性能产生不利影响。H-5 (300m2/g)和HS-5 (325m2/ g)的分散性与人造红、氧化铁黄、处理型二氧化钛、以及其他矿物颜填 料的分散性相当。EH-5 (380 m2/g)的分散性与多数有机颜料相当。 也可以仅将气相二氧化硅分散在指定树脂及溶剂体系中，制成分散母 液，然后再将母液加到配方中，提供所需要的流变控制效果。 CAB-O-SIL TS-720 处理型气相二氧化硅尤其适用于双组分环氧/聚 酰胺及氨基甲酸酯涂料，在存储期及适用期间都能够提供高度稳定的 粘度及良好的抗流挂性能。在环氧/聚酰胺涂料中，非处理型气相二氧 化硅只能在涂料适用期的第一个小时保持稳定，然后抗流挂能力和粘 度迅速下降。 n 防沉降 CAB-O-SIL 气相二氧化硅能在涂料中形成三维网络结构，阻止其他 颜料的沉降。一旦二氧化硅网络形成，它就能支撑起其他颜料颗粒，防 止颜料颗粒沉入容器底部。无论是在涂料存储期间，还是在涂装和漆 膜最终固化的间隙期内，这种性能都有助于防止颜料发生分离和分 层。像金属粉末或鳞片这样的物质，很容易发生沉降，虽然不能使之完 全悬浮，却可以防止它们在容器底部形成硬沉淀。气相二氧化硅能够使 沉淀保持柔软，简单的搅拌或摇晃就能使之再度分散。 添加量：达到足够的抗沉降效果所需要的气相二氧化硅添加量取决于 所需悬浮物质的类型和质量。细粒径的物质尽管可能密度很大，但是 CAB-O-SIL 气相二氧化硅还是很容易将其悬浮起来。相当于配方总 质量0.2~0.4%的气相二氧化硅就能悬浮起多数有机颜料、二氧化钛、合 成氧化铁及合成碳酸钙。底涂或填充层这样具有较高颜料含量的体系 则需要添加稍多的气相二氧化硅。诸如天然颜填料和天然氧化铁这样 的大粒径物质需要加入相当于配方总质量0.25~0.5%的气相二氧化 硅，以获得足够的抗沉降性能。像锌粉涂料这样的金属涂料需要加入 2.0~2.5%的气相二氧化硅，这样虽不能阻止锌粉在涂料存储期间发生 分层，但是能够防止形成硬沉淀。 牌号选择：气相二氧化硅必须经过适当分散才能提供抗沉降性能，至 少需要分散到Hegman细度计读数为3.0~4.0 (50~65微米)。因而需 要根据分散设备的分散能力选择相匹配的气相二氧化硅。与流变控制 相比，抗沉降较少考虑过度分散问题。抗沉降现象是种长期功能，二氧 化硅结构无需在短时间内完全重建，而抗流挂则需要做到短时间内完 全重建。因而对于抗沉降来说，气相二氧化硅可以和其他颜料一起分 散，不需要考虑过度分散问题。牌号M-5 (200m2/g)、H-5 (300m2/ g)、HS-5 (325m2/g)、EH-5 (380m2/g)、TS-720、TS-610和TS- 530都能提供防沉降性能，TS-530在提供抗沉降的同时不增加体系粘 度，有利于高固份涂料配方设计 。 1� CAB-O-SIL TS-720 气相二氧化硅是一款杰出的涂料触变剂，比许多 竞争性触变剂具有更好的疏水性。 CAB-O-SIL TS-720 气相二氧化硅的疏水性对用于含铁金属防腐蚀 的涂料来说非常重要。腐蚀发生的全过程，即是潮气以及离子(例如钠 离子和钙离子)渗透并穿过保护性涂层的过程。使用极性防流挂剂或防 沉降剂，相当于为水份和离子向金属表面迁移提供通道。积聚在金属 表面的水份会破坏涂层附着力，进而引起渗透性水泡，后者使得更多金 属表面暴露出来，导致快速腐蚀。离子的存在会大幅增加界面上的电 离强度，加快腐蚀速度。对CAB-O-SIL TS-720 气相二氧化硅所作的 疏水性表面处理不会提供潮气和离子向金属表面迁移的通道。因而， 与处理型粘土等其他类型的触变剂以及未经完全疏水性处理的气相二 氧化硅相比，CAB-O-SIL TS-720 气相二氧化硅能够减少渗透性水泡 和腐蚀发生的程度。 将CAB-O-SIL TS-720和处理型粘土在气干型醇酸底涂中进行对比实 验，底涂涂覆在钢板表面，并在盐雾室中暴露200小时。与含有处理型 粘土的底涂相比，含有CAB-O-SIL TS-720的底涂表面的损伤显著降 低，见图11。 n 粉末涂料中的流化作用 CAB-O-SIL 气相二氧化硅和SpectrAl 气相三氧化二铝能够为粉末涂 料提供自由流动和防结块性能，这些性能将促进顺畅的静电喷涂和流 化床涂装。此外在粉末涂料熔融时，气相二氧化硅还能提供流变控制 性能，控制边缘覆盖、流挂及滴落。 气相二氧化硅可以在粉末研磨之前或之后加入。多种粉末混合机都可 以用于气相二氧化硅在粉末中的后加入，例如双壳掺混器、静态混合机 及Sigma型叶片混合机。通过螺杆加料漏斗，气相二氧化硅很容易与粉 末进行计量掺混。 添加量：在聚酯/TGIC 粉末涂料中分别加入配方质量0.1~0.6%的卡博 特五种气相金属氧化物，测试在不同添加量下所取得的流化性能，结果 如图12所示。 CT-1221 在很低的添加量时就能取得很好流化效果，一般在0.1%或更少。 其他牌号的气相二氧化硅和气相三氧化二铝则需要更多的添加量。 牌号选择：气相三氧化二铝一般用于摩擦起电喷涂，并提高的粉体带 电性及流动性。这些性能随气相三氧化二铝粒径减小(例如SpectrAl 100)、或添加量增加而得到提高。尽管在相对较低的添加量(约0.2%) 时，所有牌号的三氧化二铝都能有效的提高流动性能。 对电晕放电涂装，CAB-O-SIL CT-1221 气相二氧化硅在极低的添加 量(0.1%或更少)时就显示出良好的流化性能。 图12：聚酯/TGIC 粉末涂料在0.1~0.6%内于 不同气相金属氧化物添加量下的流动性能 ็ࡍਏ�(%) ੇߋቛႯ ੇ ׵ ႀ ሷ � (R ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 SpectrAl 100 M-5 SpectrAl 51 CT-1221 SpectrAl 81 110 120 130 140 150 160 170 180 防腐涂料 图11：CAB-O-SIL TS-720 提高防腐性能 含有CAB-O-SIL TS- 720 的气干型醇酸涂料 于盐雾室中暴露200 小 时 含有处理型粘土的气干 型醇酸涂料于盐雾室中 暴露200 小时 1� ੇߋ࿩৶ 0I][VMZ�и ѝ૲௝ᇐ ᣔொཊཧ CAB-O-SIL CT-1221 CAB-O-SIL TS-610 CZB-O-SIL M-5 SpectrAl 100 CAB-O-SIL CT-1221 和气相三氧化二铝都能提供防结块功能。亲水 性气相二氧化硅在较高的添加量时其所提供的助流功能会有所减弱。 卡博特曾测试过这些添加剂对粉末涂料的流化压力、粉体蓬松密度及 压实密度的影响。与理论相符，能够提高粉体蓬松密度的添加剂在流 化粉末涂料时只需要较少的流化压力。在多种粉末涂料中都发现了以 上这种比较典型的现象，如环氧粉末涂料、聚酯/环氧混合粉末涂料、 丙烯酸粉末涂料及聚氨酯粉末涂料。 在流化作用和Hausner 比率方面，CAB-O-SIL CT-1221 处理型气相 二氧化硅远比其他气相二氧化硅或高表面的SpectrAl 气相三氧化二铝 表现良好。而且，CAB-O-SIL CT-1221 气相二氧化硅经过特殊处 理，能够附着在许多基质颗粒表面，以降低颗粒间作用，从而提高流化 作用和自由流动。 如下星型图所示，SpectrAl 气相三氧化二铝和CAB-O-SIL CT-1221 的表面性能非常良好。因而，气相三氧化二铝可以应用在面漆上，可用 于减少橘皮现象的发生。 卡博特CT-1221 气相二氧化硅和SpectrAl 气相三氧化二铝系列产品 能产生有序混合物，有助于提高粉末的流动性、流化、运输及回收稳定 性，而不对其产生任何不良影响。此外，它们适用于各种由不同化学物 质混合组成的热塑性和热固性粉末涂料。 从中央到四周，相关性能逐渐提高 图13：气相三氧化二铝和气相二氧化硅在粉 末涂料中的性能 1� CAB-O-SIL 气相二氧化硅和 SpectrAl 气相三氧化二铝牌 号选择指南 涂料 应用 载体/体系 基本能要求 最适合牌号 粉末涂料 电晕放电起电 流化作用(自由流 动)、表面光滑、低 添加量时粉末稳 定及运输效率 CAB-O-SIL CT-1221、TS-530、 TS-610、M-5、H-5、HS-5、EH-5 摩擦起电 表面品质、减少橘 皮、防止结块、提 高光泽及稳定性 SpectrAl 51、81、100 清漆 聚氨酯、丙烯酸、 环氧-聚酯、氨基 高光泽、流变控 制、抗流挂、流平、 耐刮擦 CAB-O-SIL TS-530、TS-610、M-5、 EH-5、SpectrAl 51、81、100 液态涂料 溶剂型或高固份 涂料 抗沉降、抗流挂、 流平 CAB-O-SIL M-5、H-5、HS-5、EH-5、 M-7D、TS-720 丙烯酸、聚酯、 硝基 抗流挂、流变控 制、抗沉降 CAB-O-SIL M-5、EH-5、 CAB-O-SPERSE 2020K 环氧、乙烯基聚 酯、聚氨酯 抗流挂、流变控 制、抗沉降 CAB-O-SIL TS-610、TS-720 多彩涂料(金属 (鳞片 金属鳞片定向排 列、防腐蚀 CAB-O-SIL M-5、H-5、HS-5、EH-5、 TS-720、TS-610、TS-530 工业漆及船舶 涂料 防腐、耐潮 CAB-O-SIL TS-720、TS-610、TS-530 UV 固化涂料 所有体系 抗流挂、流变控制 CAB-O-SIL M-5、TS-610 1� FM O -I N -C O AT IN G S /1 2. 06 /C H www.cabot-corp.com/fmo CAB-O-SPERSE®和CAB-O-SIL®是卡博特公司的注册商标 SpectrAlTM是卡博特公司的商标 注意事项和免责声明：本手册包含的数据和结论是基于相信是可靠的研究工作；然而，卡博特不能并且也不会保证类似的结果 和/或结论能被其他人得到。这些资料只是为您提供方便，且仅供参考。本手册对所载资料或其涉及的任何产品没有任何明确或 隐含的保证。卡博特公司拒绝对所涉及的(1)资料、(2)任何产品或(3)知识产权侵害给予任何明确或暗含的保证，包括针对某一特 定目的的商业化可能性或适用性。在任何情况下，卡博特公司对与使用或依靠本手册所载资料或其涉及的任何产品相关的任何损 失概不负责。 © Cabot Corporation, MA -美国 版权所有 保留所有权利 2006年. 地 址 Cabot Specialty Chemicals, Inc. 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