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有機(jī)硅流平劑的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系?從使用性能的角度看,有機(jī)硅流平劑主要可以提供以下九個(gè)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(jī)硅流平劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)。其中最為重要的指標(biāo)是硅含量和分子量。 u 相容性 有機(jī)硅流平劑的相容性主要取決于改性基團(tuán)的種類和數(shù)量。由此可見,當(dāng)m/n的數(shù)值越�。ㄒ簿褪遣幌嗳萱湺魏吭降停瑒t相容性越好。在m/n數(shù)值固定的情況下,x/y的數(shù)值越大,則相容性越好,這是因?yàn)榫郗h(huán)氧乙烷的相容性超過聚環(huán)氧丙烷的原因。 u 穩(wěn)泡性 有機(jī)硅助劑特別是聚醚改性硅油,在硅含量達(dá)到某個(gè)范圍的時(shí)候,其表面活性達(dá)到比較高的水平,通常表現(xiàn)出明顯的泡沫穩(wěn)定性 ,以此范圍為基準(zhǔn),而當(dāng)硅含量往偏低的方向變化的時(shí)候,由于與體系的相容性逐步增加,穩(wěn)泡性逐漸減弱。當(dāng)硅含量逐步往偏高的方向變化的時(shí)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(shù)值下,當(dāng)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(dāng)硅含量很高或者很低的時(shí)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(jī)硅流平劑。 u 手感 通常有機(jī)硅流平劑的手感與其硅含量密切相關(guān),在硅含量類似的情況下,還與流平劑的具體結(jié)構(gòu)相關(guān)(比如聚醚與有機(jī)硅鏈段的鏈接方式等)。按照現(xiàn)代物理學(xué)化學(xué)的原理,漆膜的手感來源于其表面的低摩擦系數(shù),從而分子結(jié)構(gòu)而言,手感來源于CH3基團(tuán)在漆膜表面的分布。 在xy值固定的情況下,m/n值越大(相當(dāng)于純有機(jī)硅鏈段含量越高),手感越好;而當(dāng)m/n為定值時(shí),m的絕對值越大手感越好。從這一點(diǎn)可以看出。對于有機(jī)硅流平劑,追求好的相容性和好的手感經(jīng)常是一對矛盾,為了得到兩者兼顧,通常m/n只能在一個(gè)不大的范圍內(nèi)選擇。 u 防縮孔性能 有機(jī)硅助劑的防縮孔性能是其降低表面張力能力的反應(yīng),通常與硅含量密切相關(guān)。另外還與助劑的絕對分子量、基團(tuán)之間的連接方式等有關(guān)。同時(shí),由于體系本質(zhì)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(jī)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。 u 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(gè)因素有關(guān): -----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(jī)硅鏈段與體系的不相容性 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過非硅鏈段,故通常有機(jī)硅流平劑具有比非硅流平劑更快的流平速度。從分子結(jié)構(gòu)上分析,m/n越大,流平速度越快。 -----流平劑分子量越小,運(yùn)動(dòng)速度越快,流平也越快、;從分子結(jié)構(gòu)而言,m+n越小,流平速度越快。 -----體系溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)相關(guān),在流平劑的設(shè)計(jì)階段是可控的。從結(jié)構(gòu)上分析,m、n、x、y的數(shù)值對流平效果的影響比較復(fù)雜,一般而言,m/n的數(shù)值在1到2之間的時(shí)候有比較好的流平效果,而對于固定的m/n數(shù)值的情況下,x+y的數(shù)值越大,流平效果越好。 u 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(guān)。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?yàn)槟承┰蛟斐闪髌絼┍还潭ㄔ谄崮け砻�,其自由遷移受到限制,就會(huì)對重涂產(chǎn)生影響。從分子結(jié)構(gòu)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(yīng)性官能團(tuán)的流平劑反應(yīng)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(tuán);在光固化體系中,丙烯酸酯基團(tuán)是影響重涂的基團(tuán);在環(huán)氧體系中,環(huán)氧基或氨基是影響重涂的基團(tuán)。 一般來說,m+n的數(shù)值越大且m/n的數(shù)值越高,越容易出現(xiàn)重涂性的問題,另外聚醚端基R基團(tuán)的種類也會(huì)對重涂產(chǎn)生影響。 有機(jī)硅助劑的用量和第一道涂層的固化溫度也會(huì)影響重涂性。過量添加有機(jī)硅流平劑時(shí),使一些有機(jī)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(jī)硅流平劑而言,當(dāng)溫度差超過140-150℃時(shí),會(huì)因?yàn)檠趸饔枚l(fā)生分解,通過氧化反應(yīng)過程,反映的碎片帶有了反應(yīng)基團(tuán)如羥基,再通過與涂料的交聯(lián)而喪失遷移能力,從而影響重涂。 u 防粘連性 防粘性是一個(gè)與表面張力和摩擦系數(shù)密切相關(guān)的性能。一般來說當(dāng)一個(gè)界面的表面張力小于24達(dá)因/厘米,摩擦系數(shù)小于0.26,即認(rèn)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(jié)構(gòu)上分析,硅含量越高,分子量越大、有機(jī)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(gè)助劑可以作為防粘連助劑使用,那么其手感已經(jīng)達(dá)到很高的水平了。某些效果好的防粘連劑甚至已經(jīng)不具備流平的功能,而只能作為單純的防粘連助劑使用了。 u 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(huì)開始逐漸分解,產(chǎn)生一些小分子碎片,這類分散產(chǎn)物往往容易導(dǎo)致各種各樣的漆膜弊端。聚酯改性有機(jī)硅、丙烯酸酯改性有機(jī)硅或芳烷基性有機(jī)硅、氟碳改性有機(jī)硅等都有比較好的耐溫性,可以應(yīng)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(yīng)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。 u 潤濕能力 有機(jī)硅助劑的潤濕能力與助劑的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系相對比較復(fù)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(xiàn)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(yīng)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(qiáng),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(guān),而潤濕往往是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,是一個(gè)在涂料或油墨施工過程中所產(chǎn)生的現(xiàn)象,故與潤濕效果好壞關(guān)聯(lián)比較密切的是流平劑的動(dòng)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(guān),油性體系與水性體系由于其物理化學(xué)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。 u 啞粉定向 啞粉定向是一個(gè)典型的與表面張力密切相關(guān)的現(xiàn)象。通常啞粉定向的好壞取決于整個(gè)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(yīng)過程中不能保持均勻的表面張力,出現(xiàn)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(huì)出現(xiàn)通常所說的啞粉發(fā)花現(xiàn)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?qū)ψ罱K的啞粉定向產(chǎn)生影響。而有機(jī)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(jī)硅流平劑降低表面張力的能力越強(qiáng)、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(jié)構(gòu)上就可以輕易看出:對聚醚改性有機(jī)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(jī)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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