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胶态氧化硅(硅溶胶Ludox)在涂料中的应用

时间:2016-04-19

胶态氧化硅在涂料中的应用

胶态氧化硅(又叫硅溶胶)是纳米级二氧化硅微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液,它种类繁多,可很大范围的满足于不同性能指标的需求,本具有独特性能的硅溶胶主要应用于防腐涂料以及建筑涂料中。

胶体二氧化硅颗粒呈球形,无孔且以水作为分散介质,硅烷醇基团(Si-OH)覆盖在其表面。由于其具有粒径小,比表面积大,且它表面覆盖的硅烷醇基团可与涂料、聚合物和胶乳粘合剂内常用的金属和金属氧化物填充物间相互作用,这种相互作用可导致各种基材的结合能力增强,使涂料等具有更高的强度和耐性。

硅溶胶二氧化硅主要通过平均粒径及稳定性的差别进行分类。在实际应用中,种类的选择关键在于粒径(或比表面积)和电荷稳定性的选择。

硅溶胶通常包括碱性类、PH稳定类以及阳离子类,其中碱性类和PH稳定类的硅溶胶带负电,阳离子类带正电。

最常用的使硅溶胶呈碱性的方法是利用二氧化硅粒子表面所带的酸性硅醇基团,与碱性化合物氢氧化钠或铵类化合物进行电荷的诱导作用,使硅溶胶颗粒带负电荷。通常情况下,为保持一定的稳定性,pH值取8或以上,通常取pH值9-10,其中,以钠离子为抗衡离子应用在涂料配方中,经应用和干燥后,钠将留在涂料中,而氢氧化铵则在涂层的干燥过程中将不断的挥发和消失。

而PH稳定类是指通过在硅溶胶颗粒表面添加铝酸盐的多少来调节PH值,其中PH值的可调范围为4-10.5,酸性类硅溶胶特别适用于聚乙烯醇等水溶性聚合物或极性的有机物配方溶剂。

阳离子类中,硅溶胶颗粒完全被一种铝氢氧化物复合物覆盖使得净粒子电荷带正电(不同于PH值稳定类),它的电荷正负性是由表面的氢氧化铝而非二氧化硅决定的,它的抗衡离子是氯离子,pH值稳定范围可介于3.5-6。

由于其体积小,硅溶胶在许多水性涂料配方中发挥着独特的作用,粒径小的硅溶胶可用于粘合剂或联合粘合剂中,以增加其强度和涂层耐久性。

选择的溶硅胶必须不干扰配方中其它组分。其中带负电荷的溶硅胶可与大多数的乳胶、非离子型和阴离子型表面活性剂以及聚合物相容,它们与阳离子表面活性剂和聚合物不相容。

对于碱性涂料配方,优先选择种类为碱性的硅溶胶;如 果钠对配方没有影响,可优先选择种类为中等粒径的硅溶胶;如对结合性能要求较高,可选择粒径相对较小的硅溶胶如HS-40;如果需要更好的表面效应或对配 方的稳定性要求更高,选择一个粒径相对更大的硅溶胶如TM-50;如果钠对配方有影响,考虑到介质颗粒,以及氨稳定性如AS-30可作为优选;如对结合性 能要求较高,可选择粒径相对较小的硅溶胶如SM-AS;如果需要更好的表面效应或对配方的稳定性要求更高,选择一个粒径相对更大的硅溶胶如AS-40。

对于酸性涂料配方,优先选择PH稳定的硅溶胶,如果需要更大的PH值稳定性,则选择中等粒径的硅溶胶。

硅溶胶还可应用于许多的水涂层系统以及实木复合地板的配方中,用于水涂层系统中可显著提高其耐用性和抗污防尘性,用于实木复合地板的配方中则可以提高其硬度和耐磨性。

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