Исследование и сравнение гидрофильных и гидрофобных пирогенных диоксидов кремния в УФ-пластиковых покрытиях

Свойства и функциональные применения HL-200

Свойства и функциональные применения HB-151

Дымчатый диоксид кремния — это аморфный диоксид кремния, получаемый путем гидролиза летучих хлорсиланов в водородно-кислородном пламени. Он состоит из первичных частиц наноразмера, обычно размером от 7 до 40 нм . Его агрегатная и агломератная структура приводит к высокой удельной поверхности, как правило, от 50 до 450 м² ^/ г . Эта уникальная микроструктура придает дымчатому диоксиду кремния ряд особых свойств , таких как высокая чистота, большая удельная поверхность, высокая реакционная способность, хорошая диспергируемость и значительная способность влиять на реологические свойства системы.

Гидрофильный осажденный диоксид кремния сохраняет большое количество силанольных групп на своей поверхности, что делает его гидрофильным, способным смачиваться водой и диспергироваться в ней. В системе УФ-покрытия для пластика силанольные группы на поверхности образуют физическую сшивающую сеть посредством таких взаимодействий, как водородные связи, влияя на вязкость и тиксотропию покрытия.

Гидрофобный осажденный диоксид кремния получают путем модификации поверхности гидрофильного осажденного диоксида кремния, обычно с использованием таких агентов, как гексаметилдисилазан (HMDS) или диметилдихлорсилан (DDS). После модификации поверхностные силанольные группы либо вступают в реакцию, либо экранируются, что приводит к гидрофобным свойствам. В УФ-покрытиях для пластика гидрофобный осажденный диоксид кремния может влиять на реологические свойства покрытия не только за счет водородных связей с оставшимися силанольными группами, но и за счет переплетения молекул обрабатывающего агента.

Какое конкретное воздействие оказывает гидрофильный пирогенный диоксид кремния на вязкость и тиксотропию УФ-пластиковых покрытий?

Добавление гидрофильного диоксида кремния эффективно повышает вязкость УФ-отверждаемых пластиковых покрытий. Водородные связи образуются между поверхностными силанольными группами, создавая трёхмерную сетчатую структуру, которая препятствует свободному движению молекул внутри покрытия, что на макроскопическом уровне проявляется в виде повышенной вязкости. Под воздействием внешних сил (например, сдвигающих усилий при нанесении кистью или распылении) эта сетка водородных связей частично разрушается, что приводит к снижению вязкости и позволяет наносить покрытие равномерно.

После снятия внешнего воздействия водородные связи постепенно восстанавливаются, и вязкость восстанавливается. Это обеспечивает превосходные тиксотропные свойства, эффективно предотвращая образование потеков при нанесении, повышая стабильность покрытия при хранении и помогая предотвратить осаждение твёрдых частиц, таких как пигменты.

Рассмотрим в качестве примера гидрофильный осажденный диоксид кремния HIFULL® ^HL -200. При нанесении УФ-покрытий на пластик, при добавлении 0.5%, вязкость и тиксотропный индекс УФ-покрытия практически не изменяются. Однако, по мере увеличения добавления с 0.5% до 2% , вязкость при низкой скорости сдвига возрастает с 400 Па·с до 3100 Па·с , что составляет значительное увеличение на 675%.

При высокой скорости сдвига вязкость также возрастает с 420 Па·с до 1100 Па·с, что составляет увеличение на 161% . Эти соответствующие увеличения соответствуют требованиям к текучести УФ-покрытия для пластика в различных условиях нанесения. Индекс тиксотропии увеличивается с 0.9 до 2.8, что представляет собой увеличение примерно на 210%. Между тем, конкурент А демонстрирует сопоставимые с HL-200 показатели загущения и тиксотропии, достигая оптимального соотношения цены и качества при дозировке 1.5%.

Рассмотрим в качестве примера ^{гидрофобный} осажденный диоксид кремния HIFULL® HB-151. При концентрации добавки 0.5% вязкость и тиксотропный индекс УФ-покрытия для пластика практически не изменяются. Однако при увеличении концентрации добавки с 0.5% до 2% вязкость при низкой скорости сдвига возрастает с 400 Па·с до 2800 Па·с, что составляет значительное увеличение на 600%. При этом вязкость при высокой скорости сдвига увеличивается с 420 Па·с до 1050 Па·с, что составляет рост на 150%. Тиксотропный индекс также увеличивается с 0.9 до 2.8, что представляет собой рост примерно на 210%. Кроме того, конкурент B демонстрирует сопоставимые загущающие и тиксотропные свойства с HB-151, достигая оптимального соотношения цены и качества при дозировке 1.5%.

В УФ-пластиковых покрытиях гидрофобный пирогенный диоксид кремния влияет на реологические свойства покрытия, главным образом, за счёт образования водородных связей на поверхностных силанольных группах и запутывания молекул обрабатывающего агента. Благодаря своей гидрофобной природе он легче взаимодействует с неполярными органическими молекулами в системе покрытия, образуя рыхлую сетчатую структуру. По сравнению с гидрофильным типом, гидрофобный пирогенный диоксид кремния оказывает несколько меньшее влияние на повышение вязкости покрытия.

В составах УФ-покрытий для пластика, где требуется более высокая водостойкость, гидрофобный осажденный диоксид кремния HIFULL® ^не только придает покрытию хорошую тиксотропию , эффективно предотвращая провисание, но и значительно повышает водостойкость отвержденной пленки за счет уменьшения адсорбции и проникновения молекул воды.

Как гидрофильный, так и гидрофобный диоксид кремния могут существенно влиять на вязкость и тиксотропию УФ-отверждаемых пластиковых покрытий благодаря своим уникальным механизмам, обеспечивая превосходные эксплуатационные свойства и стабильность при хранении. Гидрофильный тип основан главным образом на водородных связях с поверхностными гидроксильными группами, в то время как гидрофобный тип функционирует за счёт водородных связей с поверхностными силанолами, а также за спутывание молекул обрабатывающего агента.

На практике тип и количество добавляемого диоксида кремния следует рационально выбирать, исходя из конкретных требований к эксплуатационным характеристикам УФ-покрытия для пластика. Такая оптимизация позволяет удовлетворить требования к покрытию различных пластиковых изделий и способствует развитию отрасли УФ-покрытий для пластика.