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应用领域

油漆、油墨—硅烷偶联剂,钛酸酯偶联剂 

 

  偶联剂是一种可以把两种不同性质的物质通过化学或物理作用结合起来的一种改善型助剂,在复合材料中应用较为广泛。偶联剂的亲无机基团与填料表面结合,亲有机基团与高分子树脂缠结或反应,利用其特有的分子桥性能使表面性质相差很大的无机填料与高分子材料相容,从而大大提高复合材料的物理性能、电性能、热性能、光性能等。生产中常用的几类偶联剂按其中心原子的不同,主要分为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类等。硅烷偶联剂是由硅氯仿(HSiCI3)和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氨酸催化下加成,再经醇解而得。

偶联剂应用机理:
偶联剂和表面活性剂的区别:

  涂料制造过程中,需要将属于亲水的极性物质颜、填料分散到属于疏水的非极性物质有机基料中去。为了增加无机物与有机高分子之间的亲合性,一般要用偶联剂或其它表面活性剂等处理无机物的表面,使它由亲水变为疏水性,从而促进无机物和有机物之间的界面结合。

  偶联剂和表面活性剂在分子结构和应用性能方面有些相似,但也有差别。二者都是由亲水和疏水两种基团组成。表面活性剂通过分子中亲水基团定向吸附在无机颜、填料表面形成单分子层,这是一种物理吸附现象,从而提高颜、填料在基料中的分散性和润湿性,因此仅是物理吸附,所以表面活性剂有迁移现象影响光泽,外观和附着力。偶联剂是通过化学反应和无机颜、填料表面进行偶联结合并和高分子基料进行交联,把两种不同性质的物质结合起来,起桥梁作用,从结合强度,提高颜、填料在基料中的分散程序以及降低界面自由能的幅度,偶联剂都大大胜过表面活性剂。

  硅烷偶联剂由于其特殊的结构组成,被成功用于黏结促进剂、表面处理剂已经几十年了 现在硅烷偶联剂已经逐渐成为涂料、油墨系统中不可缺少的组成份。无论是作为添加剂或单独涂层底漆,都会赋予涂料、油墨绝佳的性能。 硅烷偶联剂是拥有双官能基团的分子结构,可用通式表示为Y(CH2)nSiX3,其中Y表示烷基、苯基以及乙烯基、环氧基、氨基、巯基等有机官能团,常与涂料基体树脂中的有机官能团发生化学结合;X表示氯基、甲氧基、乙氧基等,这些基团易水解成硅醇而与无机物质(玻璃、硅石、金属、粘土等)表面的氧化物或羟基反应,生成稳定的硅氧键。因此,通过硅烷偶联剂,可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”,把两种性质完全不同的材料连接在一起。硅醇官能团和硅烷偶联剂的有机官能团的反应基团可以决定硅烷偶联剂在涂料体系中起什么作用。

硅烷偶联剂在涂料和油墨中的作用:

  (1)提高涂层附着力。(2)提高涂层的耐久性。(3)提高涂层的耐候性。(4)提高涂层的坚韧性。(5)显著降低填料和颜料的分散粘度,提高颜料分散性。

硅烷偶联剂在底漆中的的应用:

  硅原子的共价键具有结合有机物和无机物独一无二的能力,硅氧内部与生俱来的稳定结构,使其成为高性能涂料底漆的重要组成部分。在底漆中运用硅烷偶联剂可以提高其粘连性、保持其湿度、化学性、防紫外线和增强性;改进填料的分散性。烷氧基硅烷偶联剂可以与许多有机树脂相容。事实上,硅烷偶联剂是很强的极性溶剂,硅烷偶联剂的聚合作用又来影响聚合物的相容性和最终性质。在有机聚合物和无机物的表面(比如,颜料、填料和玻璃、金属表面),无机烷氧官能团以共价键的形式偶联的大量有机基。硅烷偶联剂的有机官能团只要找到与其匹配的有机聚合物就会产生绝佳的效果。

 

硅烷偶联剂作为附着力促进剂: 

  当涂料中含有少量硅烷偶联剂偶联溶剂,在其涂布后,硅烷偶联剂会迁移到涂料与底材的界面,与无机表面上的水分反应,水解生成硅醇基,进而与底材表面羟基形成氢键或缩合成—Si—M(M为无机表面),同时硅烷偶联剂各分子间的硅醇基又相互缩合、齐聚形成网状结构的膜覆盖在底材表面。即使在水浸条件下,硅烷偶联剂偶联剂改性的涂料在各种无机底材表面附着良好。在漆基与底材之间的交界层内,硅烷偶联剂与漆基相互作用,形成硅烷偶联剂与漆基相互渗透的网状结构,增强了其内聚力和耐水侵蚀的稳定性,并使应力藉以由模量的底材向低模量的漆基转移,从而显著提高对底材的附着力。 KH-792(硅烷偶联剂KH-792) 丙烯酸、醇酸树脂、环氧树脂、聚酯、聚氨酯、乙烯基 底涂:用异丙醇稀释成10%的固体份;添加剂:0.5-3.0% 用于各种涂料体系对玻璃、铝材和钢材表面的附着力增进 KH-570(硅烷偶联剂KH-570) 丙烯酸、醇酸树脂、环氧树脂、聚酯、聚氨酯、乙烯基、不饱和聚酯树脂 底涂:在酸性(PH-4.0)水中稀释到0.1%-0.5%;添加剂:0.5-3.0% 增进自由基交联的树脂对无机底材的附着力,如:聚酯树脂 KH-560(硅烷偶联剂KH-560) 丙烯酸、醇酸树脂、环氧树脂、硝化纤维、酚醛、聚酯、聚氨酯、乙烯基 底涂:用异丙醇稀释成10%的固体份;添加剂:0.5-3.0% 用于各种涂料体系对玻璃、铝材和钢材表面的附着力增进 KH-171、 KH -151、 KH -172 丙烯酸、醇酸树脂、环氧树脂、聚酯、聚氨酯、乙烯基 用于丙烯酸涂料等各种涂料,以及颜料的表面处理。
硅烷偶联剂作为硬化剂:

  氨基官能硅烷偶联剂可作为传统的环氧树脂和聚氨基甲酸(乙)酯(一般采用有机硅树脂)硬化剂。它们会有一种额外的作用,就是硅醇基互相反应,生成硅氧键(Si-O-Si),这种过程称之为缩合反应。这种硅烷偶联剂的交联结果,改进了涂层的强度和耐磨性,原因是由于稳定的Si-O-Si硅氧网络造成。 五、硅烷偶联剂作为共聚单体 有机功能硅烷偶联剂应用于溶剂型树脂合成和溶剂型涂料。有机功能硅烷偶联剂在溶剂型树脂合成中作为共聚单体,在溶剂型涂料中作为交联促进剂以及附着力促进剂,可以达到以下效果: (1)耐侯性 (2)UV稳定性 (3)附着力促进 (4)耐化学品性 硅烷偶联剂的有机官能团Y必须和其它单体一起反应。通过硅醇官能团Si-OH和基材粘合,产生交联。
钛酸酯偶联剂在涂料油墨的应用:

  钛酸酯偶联剂是美国 Kenrich 石油化学公司于 20 世纪 70 年代开发的一类多功能型助剂,兼有分散剂、润湿剂、粘结促进剂、固化催化剂、交联剂、防锈剂和阻燃剂等多种功效 [1] 。与相应的其他助剂相比,钛酸酯偶联剂性价比优异,对提高涂料档次,促进涂料工业发展具有重要意义 。钛酸酯偶联剂因与中心元素钛相结合的亲水性基团以及亲油基团的不同而异,总的说来,按其化学结构可以分为单烷氧基型、螯合型、配位型 3 种类型。在 3 类钛酸酯偶联剂中,单烷氧基型品种最多,含有各种功能基团和特点,适用范围极广,价格低,产量高,在涂料工业的应用中具有广阔的市场空间。

   偶联剂的用量理论上是要使偶联剂中全部亲水反应基团与颜、填料所提供的羟基或质子发生反应,没必要过量,但实际上的用量,要根据填料的粒度和表面官能团的情况等,来决定最合适的用量。可以用粘度测定法求得粘度和偶联剂用量的关系。
粘度下降最大点就是最合适的钛酸酯用量。
根据经验,偶联剂用量应该是涂料中固体颜、填料量的1-3%左右,颜、填料的粒度越细,表面积越大,偶联剂的用量就越多。

  钛酸酯偶联剂广泛用于涂料工业,是一种多功能性助剂,但也要经过实际应用试验才能取得最佳效果。为了实现涂料工业现代化,必须广泛开展钛酸酯在涂料工业中的应甩研 鉴于钛酸酯偶联剂在涂料工业中的应用前景非常广阔。国内一些单位正在研制、生产钛酸酯偶联剂,在钙、塑材料方面已经有一定程序的应用和发展,涂料品种结构正由低档向中、高档产品发展。涂料品种正由传统的溶剂型涂料逐步向水性高固体分子溶剂,粉末和无机涂料方向发展,除明显提高涂料的装饰性和保护性外,又要求涂料向高效能、多功能、特效和专用方向发展,需要各种各样新型功能涂料。由于钛酸酯偶联剂独特的结构和多品种、多功能的特性。虽然用量少,却能满足涂料多方面的性能要求。

  钛酸酯偶联剂应用在涂料中的研究,国外报导得较多,国内研究尚未大量投入。我公司联合国内部分大专院校及研究单位,投入较大科技力量,做了大量的工作,以各类钛酸酯偶联剂为主,辅以多种添加剂,推出了系列十余品种的涂料、油墨、专用助剂,堪与进口助剂比美,价格适中。
应用功能:

  由于钛酸酯偶联剂分子结构中6个不同的功能区的特点,可以根据涂料工业的需要设计出不同基团的钛酸酯偶联剂,使其成为特定的,或兼有多种功能的偶联剂,赋于涂料\油墨具有如下功能。

  (1)良好的分散润湿功能,能明显提高大部分无机与有机颜、填料在有机基料中的分散性,对炭黑、酞箐兰、铁红、中铬黄等分散也特有效。

  (2)防沉性能好,提高贮存稳定性。

  (3)有助磨作用,能缩短研磨道数和时间,同样研磨时间可使粒子研磨得更细。

  (4)能增加漆膜对基材的附着力,提高漆膜对各种金属,玻璃及无机材料的粘结性,改善耐磨擦性,提高冲击强度,增加柔软性。

  (5)能明显增加涂料的着色强度和反射能力,提高漆膜光泽,增加覆盖率。

  (6)在防火涂料中能产生阻燃效果。

  (7)在防锈涂料中能起防锈效果

  (8)能降低涂料体系的粘度,降低树脂的固化温度。

  (9)具有较好的触变性能,并能提高涂膜的斥水性、耐磨性和耐洗涤性。

  (10)具有较好的抗氧化性能,及抗紫外线功能。

  (11)显著改进涂膜的机械性能,耐侯性,耐盐雾性及抗泛黄性;
使用方法:

  钛酸酯偶联剂能在颜、填料表面进行化学反应:形成单分子层发挥每个分子的桥梁作用,因此用量少、作用大。为了使少量钛酸酯偶联剂能够均匀分布在颜、填料表面:就要采用有效的使用方法,并要遵循如下原则:不要另外再添加表面活性剂,因为它会干扰钛酸酯在填料界面上的反应,这样才能发挥其应有的效果。

  根据偶联剂的结构类型,耐水性,实际使用对象和使用场合,应采取不同方法,现将几种使用方法介绍如下:
(1)颜、填料预处理法:

  将钛酸酯偶联剂予先包覆到颜、填料表面的方法,虽然比较麻烦,但这样处理的效果比较好。

  方法是:将偶联剂溶解在少量甲苯,二甲苯等烃类溶剂中,加入颜、填料里,在高速搅拌下(约1000转/分)适当升温至90℃左右搅拌约半小时左右,使每个颜、填料颗粒都能包覆上一层偶联剂。颜填料经偶联剂包覆后,就可按通常方法配制涂料。
(2)直接添加法:

  在制漆过程中,在高速分散之前直接加入偶联剂的方法。

  方法是:将称量偶联剂用溶剂汽油,二甲苯等溶剂将偶联剂溶解,再分散到有机基料中,再加入颜料,填料进行高速分散,再按通常方法配制涂料。
水性涂料使用水溶性偶联剂,处理方法同上述一样溶剂换成水就可以了。