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

Белая сажа Это аморфный диоксид кремния, полученный гидролизом летучих хлорсиланов в водородно-кислородном пламени. Он состоит из наноразмерных первичных частиц, обычно размером от 7 40-нм. Его агрегатные и агломерированные структуры приводят к высокоразвитой удельной поверхности, обычно между 50 450-м²/gЭта уникальная микроструктура придает ряд особых свойств белая сажа, такие как высокая чистота, большая удельная площадь поверхности, высокая реакционная способность, хорошая диспергируемость и значительная способность влиять на реологические свойства системы.

Гидрофильный пирогенный диоксид кремния Сохраняет на своей поверхности большое количество силанольных групп, что делает его гидрофильным, способным смачиваться водой и диспергироваться в ней. В системе УФ-покрытия для пластика силанольные группы на поверхности образуют физическую сетку поперечных связей посредством взаимодействий, таких как водородные связи, что влияет на вязкость и тиксотропию покрытия.

Гидрофобный дымчатый кремнезем Получается путём поверхностной модификации гидрофильного пирогенного диоксида кремния, обычно с использованием таких агентов, как гексаметилдисилазан (ГМДС) или диметилдихлорсилан (ДДС). После модификации поверхностные силанольные группы либо реагируют с ионами, либо экранируются, что приводит к гидрофобным свойствам. В УФ-пластиковых покрытиях гидрофобный пирогенный диоксид кремния может влиять на реологию покрытия не только за счёт образования водородных связей с оставшимися силанольными группами, но и за счёт 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.

Принимая HIFULL^® гидрофильный пирогенный диоксид кремния HL-200 в качестве примера, в применении УФ-пластиковых покрытий, когда уровень добавления был 0.5%, Вязкость и индекс тиксотропии УФ-пластикового покрытия изменяются незначительно. Однако по мере увеличения концентрации 0.5% до 2%, вязкость при низкой скорости сдвига увеличивается с 400 Па·с до 3100 Па·с, значительное увеличение 675%.

При высокой скорости сдвига вязкость также увеличивается с 420 Па·с до 1100 Па·с, увеличение 161%. Эти соответствующие увеличения отвечают требованиям к текучести УФ-пластикового покрытия в различных условиях применения. Индекс тиксотропности увеличивается от От 0.9 до 2.8, представляет собой увеличение примерно на 210%. В то же время конкурент А демонстрирует сопоставимые с HL-200 загущающие и тиксотропные свойства, достигая оптимального соотношения цены и производительности при дозировке 1.5%.

И принимая ХИФЛ^® гидрофобный пирогенный диоксид кремния HB-151 Например, при добавлении 0.5% вязкость и тиксотропный индекс УФ-пластикового покрытия изменяются незначительно. 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 значительный рост в 600%. В то же время вязкость при высокой скорости сдвига возрастает с 420 Па·с до 1050 Па·с, что составляет рост в 150%. Индекс тиксотропности также увеличивается с 0.9 до 2.8, что составляет рост примерно на 210%. Более того, конкурент B демонстрирует сопоставимые с HB-151 загущающие и тиксотропные свойства, достигая оптимального соотношения цены и производительности 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-пластиковых покрытий, где требуется более высокая водостойкость, HIFULL^® Гидрофобный пирогенный диоксид кремния не только придает хорошие тиксотропия к покрытию, эффективно предотвращая провисание, но и значительно повышая водостойкость отвержденной пленки за счет снижения 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.