表面助剂(作用机理相关基础知识-涂料相关)

不良的底材润湿
缩孔
图2
贝纳德漩涡
不良流动
图3
图4
3
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聚硅氧烷的化学结构单元
聚二甲基硅氧烷
人们即使不了解“有机硅助剂”（也简称 为“有机硅”）的基础化学也可以使用它 们。然而，了解一些有机硅化学的基本原 理将会有所帮助，这样可以更容易对有机 硅助剂有总体的认识和鉴别。此外，对结 构特点与形成的性质之间的关系也会有更 进一步的理解。 通过改变链长可以得到各种不同性质和特 点的产品。短链的有机硅助剂在涂料体系 中相容性较好，显示出典型的有机硅的性 质(诸如降低表面张力，提高流平性等)。 而长链分子则并不相容，并可能导致缩孔
图1
另外，有机硅助剂还 粘连性。聚丙烯酸酯只能平衡很小的表面 张力差异，并且不减小或仅轻微降低液体 涂料的表面张力，它们主要用于提高流平 性。如果有足够的不相容性，这些产品还 可体现消泡性质。 除了聚硅氧烷和聚丙烯酸酯还可使用低分 子量的表面活性剂。由于典型的表面活性 结构（极性 / 非极性链节），它们具有表 面活性，也可降低表面张力。
-(CH2)n-CH3
图7
热稳定型改性聚硅氧烷 其它类型的改性
聚醚改性聚硅氧烷的热稳定性最高约为 150°C/300°F。在更高的温度下，聚醚链 段本身发生分解。通过使用非聚醚结构单 元，可以得到各种热稳定的产品。为此可 使用特殊的聚酯或芳烷基基团(图8)。 这样改性的聚硅氧烷的热稳定性高达 220°C /430°F，因而可在温度高得多的烘 道或固化温度下使用。
(CH3)3Si – O ­­ — Si – O —– Si – O ­ — Si (CH3)3 (CH2)m O CH2 CH-R1 O R2
n
CH3
x
EO : R1 = -H PO : R1 = -CH3 y
图6
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运用不同EO对PO 之比，可以控制或改变 整个有机硅助剂的极性。例如，高比例的 EO可提高助剂的极性使其更易溶解于水， 从而增大助剂在高极性涂料体系中的相容 性。不过在这种体系中稳泡倾向也增强 了。反之，较高比例的 PO 降低了水溶 性，同时也降低了起泡倾向。
Substance for Success.
Surface Additives 表面助剂
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表面助剂
目录
表面缺陷—起因和预防措施 聚硅氧烷的化学结构单元 聚丙烯酸酯的化学结构单元
第3页 第 4-6 页 第7页
表面助剂的用途： 底材润湿 浮色和发花、流动、气流敏感性 防止缩孔、消泡 表面滑爽性，胶粘带易剥离性 提高表面易清洁性 第8页 第 9-10 页 第 11 页 第 12 页 第 13 页
图8
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聚硅氧烷的化学结构单元
CH3
CH3
(CH3)3Si – O ­­ — Si – O —– Si – O ­ — Si (CH3)3 (CH2)m org. mod. R x
y
有机 改性 = 芳烷基 -(CH2)m O O
= 聚酯链 -(CH2)m — O – C – R1 – C – O – R2 – O — R3 n
聚甲基烷基硅氧烷
CH3 (CH3)3 Si – O ­­ — Si – O — Si (CH3)3 R R = 烷基 x
聚甲基烷基硅氧烷
另一个改性有机硅结构的方法是将二甲基 结构中的一个甲基基团（全部或部分）用 长链烷基基团取代而形成聚甲基烷基硅氧 烷(图 7 )。与聚二甲基硅氧烷相比，这种 产品具有较高的表面张力。对表面滑爽性 影响较小。它们也常作为消泡剂的活性组 成(例如：BYK-077)。 聚甲基烷基硅氧烷也可象聚二甲基硅氧烷 一样用聚醚有机改性。这样不但有一般有 机硅的性质。同时具有一些消泡性能。
图5
聚二甲基硅氧烷
所有的有机硅助剂均是从聚二甲基硅氧烷 （图5）衍生出来的。
CH3 (CH3)3 Si – O ­­ — Si – O — Si (CH3)3 CH3 x
和锤纹效果。因此，纯的聚二甲基硅氧烷 （硅油）在现代涂料中几乎不再使用。
聚醚改性
比以链长决定相容性更好的方法是通过在 有机硅主链上导入侧链的改性方法。目前 在使用的大多数有机硅助剂均为“有机改 性聚硅氧烷”。在大多数情况下，最重要 的是聚醚侧链改性的(图6)。 通过导入侧链的不同类型和数目， 可使相
聚醚改性聚二甲基硅氧烷
容性提高或改变。 二甲基基团与聚醚之比 (X比Y)可以控制相容性， 并同时影响 表面 张力(例如， 根据经验， 二甲基基团越多， 表面张力越低)。 此外， 聚醚链结构本身也
CH3
CH3
可以改变， 这里的一个重要因素是结构单 元的 极性 。聚 醚链 段本身 是由环氧乙烷 (EO)和/或环氧丙烷(PO)单元组成的。 聚 环氧乙烷是 亲水的(极性)。 相比较 而 言， 聚环氧丙烷是亲油的(非极性)。
有机硅助剂及其对层间附着力的影响
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表面缺陷—起因和预防措施
涂膜的表面缺陷常常发生在涂料的施工过 程中或施工以后。这些缺陷不但对涂膜的 视觉效果，而且对它的保护性能产生负面 影响。典型的缺陷如下: • 不良的底材润湿（图1） • 形成缩孔（图2） • 形成贝纳德漩涡和浮色（图3） • 不良的流动(桔皮)（图4） • 气流敏感性 形成这些缺陷的一个重要的因素是有关各 种材料的表面张力。更确切的说，表面张 力的差异是形成这些表面缺陷的实际原 因。这种表面张力差异的起因既来自体系 本身（溶剂挥发或树脂的交联反应），也 来自外界原因（喷散的漆雾、灰尘颗粒或 底材的污染）。 为了防止表面缺陷，必须使用助剂。它们 影响涂料的表面张力，并且 / 或使表面张 力的差异降至最小。这类助剂基本上是聚 硅氧烷或聚丙烯酸酯。如果很大的表面张 力差异需要平衡（拉平均），必须使用聚 硅氧烷。它们可以依据其化学结构很大程 度地降低液体涂料的表面张力，因此能很 好的应用于提高底材的润湿性以及用作抗 缩孔助剂。如果与涂料系统有足够的不相 容性，聚硅氧烷还可以表现出消泡性。