谈谈消光剂的选择

谈谈消光剂的选择
林晓峰(美国格雷斯公司上海办事处,200030)
摘要结合美国格雷斯公司的消光剂应用情况,介绍了针对不同的涂料体系,选择消光剂的依据。

重点介绍了合成的微粉化二氧化硅类消光剂的特点、技术参数及对涂料配方的影响。

关键词消光剂合成二氧化硅微粉化选择
DIS CUSSION ON SELECTION OF MATTING AGENTS
Lin Xiaofeng
Abstract T his paper,based on the application of the matting agents from Grace Co.,U SA,has described the g uides in selecting matting ag ents for different coating systems1It is focused on the introduction of the characteristics of synthetic m-i cropulverized silica matting ag ents,their technical data and functions in coating formulatio n1
Key Words matting agents,synthet ic silica,micropulverizatio n,selection
1前言
随着人民生活水平的不断提高,人们需要不同光泽的涂料。

高档的亚光涂料,以其自然、高贵、优雅,吸引了广大消费者。

另外,亚光涂层的表面可隐蔽轻微的漆膜缺陷,使外观均匀一致,而受到涂料制造商的欢迎。

因此,如何针对所制备的涂料的特性,选用合适的消光剂,以达到预期的效果,成为涂料配方设计师的主要问题。

对光泽的控制是一个成功涂料配方的重要组成部分。

本文根据美国格雷斯公司的有关资料,结合客户对公司的消光剂的应用,来谈谈如何选择消光剂。

2消光的机理
当一束平行光线射到光洁的物体表面上,会产生镜面反射,其反射角等于入射角。

当入射光到达微小凹凸不平的表面上,则发生漫散射,从而产生了消光的外观,见图1。

消光剂的作用在于使涂料的干膜表面产生肉眼看不出的微粗糙度。

图2表明当涂膜干燥固化后,粗糙的表面使散射光比反射光多,这样反映在人们眼睛里的是消光的表面。

3消光剂的要求
为了不影响涂料本身的效果,对高级消光剂,涂料生产商除了要求其具有较高的消光效率和容易分散之外,还要求其对漆膜的其他性能无影响,诸如:高透明度,不起白雾;漆膜表面光滑;在涂料贮存过程中,不会产生硬沉淀;不影响涂膜的干燥性能、层间附着力、耐磨性、机械性能、
抗刮性和耐候性。

图1光泽测定
a)平整表面发生镜面反射,100光泽度;
b)不平整表面发生漫反射,小于100光泽度
图2消光剂的作用
4消光剂的种类
虽说有许多东西可以用作消光剂,如天然二氧化硅、微粉化或沉淀法蜡、一些诸如滑石粉之类的填料等,但均有若干缺点。

目前,最常用的消光剂是合成的微粉化二氧化硅。

这是因为通过一系列先进的生产工艺使合成的微粉化二氧化硅具有高效消光性、极佳的透明度和易分散性,对漆膜的其他性能影响最
#专论与综述#
少,如美国格雷斯公司生产的SYLOIDÒ系列消光剂。

二氧化硅消光剂的结构如图3所示,其中孔隙体积、平均粒径和表面处理,是合成微粉化二氧化硅消光剂的三个重要参数,决定其消光性能和其他性质。

图3二氧化硅凝胶粒子示意图
p孔隙体积
消光剂一般象小海绵一样,内部有许多孔隙。

较高孔隙度的颗粒较轻,因而单位质量下的颗粒就较多,正因为这些颗粒产生了消光所需要的微粗糙度,高孔隙度能够得到很高的消光效率。

目前大多数高级二氧化硅消光剂,如SYLOIDÒED消光剂,孔体积都达到118ml/g。

美国格雷斯公司的最新一代消光剂的孔体积已超过210ml/g。

如刚刚进入中国市场的SYLOIDÒ7000和SYLOIDÒC型消光剂(SY-LOIDÒC906,C907,C810等)。

p平均粒径
通过控制研磨条件,可以生产出不同颗粒大小的消光剂。

只有使消光剂的粒径与涂料的干膜厚度最佳配合,才能使涂料有最好的消光效果和产品性质。

一般来讲,比较细的消光剂,使涂层的表面手感较好,但消光效率差;比较粗的消光剂有较高的消光率,但同时也使涂层表面较粗糙。

现在,普遍使用的消光剂的粒径从2L m到8L m不等。

p表面处理
有些消光剂表面使用有机物处理。

这些用有机物处理过的消光剂可以有效防止在低粘度清漆体系中产生硬的沉淀物。

一般要求这些用于消光剂的有机物可以与所有的涂料体系相容,不会产生重涂附着力的问题或降低漆膜的透明度。

通常,有机物处理的消光剂比相当的无处理的消光剂的消光效率要低一些。

5消光剂的选择
选择合适的消光剂由许多因素所决定。

如干膜性质,就要求透明度、漆膜爽滑、抗刮性和耐候性。

再如应用特性,也是选择消光剂的重要因素,如粘度、抗沉性、再分散程度和光泽一致性等等。

在涂料加工过程中,诸如抗过度研磨、分散的难易程度,也要考虑。

当然,对于不同的涂料体系,消光剂的消光效率是选择合适消光剂基本而重要的因素。

根据涂料自身的不同特性又要求选择不同特性的消光剂与其相配。

511传统的溶剂型涂料
溶剂型涂料目前广范用于木器和工业产品中,它又可分为透明清漆和色漆。

在透明清漆中,消光剂的加入不能在贮存时产生硬沉淀,也不能影响最终漆膜的透明度。

因此,正如上面所提到的,有机物处理的消光剂是最佳的选择。

用有机物处理的消光剂还可以带来另外一些好处,如表面滑爽,抗擦伤性增强等。

在色漆体系中,由于有颜料的加入,颜料的比重比消光剂大得多,所以消光剂的沉淀不是问题。

出于节省成本的考虑,可以选用无表面处理的消光剂。

但有时,为了改善漆膜的手感和抗擦伤性,也可以选用有机物处理的消光剂。

在溶剂型体系中,消光剂的粒径要根据涂料体系的干膜厚度和所需要的漆膜表面性质。

比较细的消光剂会使漆膜表面比较平滑,手感较好,但其消光效率不如较粗的消光剂。

而闭孔式木器漆,手感要求较高,所以要选用较细的消光剂。

消光剂的添加量取决于树脂体系、固体含量、干膜厚度、消光剂的型号、干燥方法和所要求的光泽度。

要选择最佳消光剂和计算所需用量,绘制出所考虑的涂料体系在近似实际使用条件下的消光曲线。

附表总结了二氧化硅消光剂的特性对涂料配方的影响。

格雷斯公司的SYLOIDÒ消光剂是用凝胶法,通过仔细控制二氧化硅颗粒粒径分布,生产出平均粒径不同的二氧化硅消光剂。

其表面处理所选用的有机蜡也不会影响干膜的透明度、涂膜干性以及重涂附着力。

目前,SYLOIDÒ消光剂已广泛应用于多种涂料体系中。

512水性涂料体系
随着环保问题的日益突出,传统的溶剂型涂料正在逐渐被一些环保型涂料所取代。

水性涂料,特别是用于木器的水性涂料的发展,对二氧化硅消光剂的需求也越来越多。

用传统的消光剂,在仔细控制条件下,可以对水
#专论与综述#
附表二氧化硅消光剂的特性对涂料配方的影响
配方的要求所需要的特性
高消光效率采用与涂料要求相配的颗粒大小,颗粒越大,消光效率越高;
控制二氧化硅消光剂的孔隙体积,孔隙体积越大,消光效率越高;
控制二氧化硅消光剂颗粒粒径分布,分布越窄,有效颗粒数越多,消光效率越高
容易分散控制二氧化硅消光剂颗粒粒径分布,避免过大或过小颗粒;
在某些体系中,表面处理过的消光剂有利于分散
避免硬沉淀选用各种表面处理过的消光剂
漆膜的透明度消光剂与树脂折光率相近;
控制二氧化硅消光剂颗粒粒径分布,太细的颗粒不利于透明度;
表面处理物会对漆膜的透明度有影响
耐过度研磨二氧化硅消光剂的颗粒完整性;用凝胶法生产的消光剂比沉淀法的消光剂更耐过度研磨耐候性消光剂的纯度和高效性,使消光剂的添加量最少,以提高漆膜的耐候性
85b/60b光泽度较大的消光剂颗粒会产生较低的85b/60b光泽的比率
性涂料进行消光,但比较麻烦,稍有不慎,就会产生许多问题。

在1994年,格雷斯公司首先推出适合水性涂料的SYLOIDÒW型消光剂。

这种专为水性涂料设计的消光剂是一种含水的二氧化硅,即在二氧化硅的孔隙中含有水分,这样,高孔隙率的二氧化硅就不再吸收配方中的水分。

W型消光剂除了继承传统的消光剂的优点,与传统消光剂相比,还有以下特点:
第一,因为自身质量加大,W型消光剂不象传统的消光剂会产生大量的粉尘。

这既符合环保型涂料的要求,同时也减少了消光剂在添加时的损失;
第二,W型消光剂会迅速沉入漆料中,不会象传统消光剂浮在表面上,缩短了生产时间;
第三,W型消光剂能在较低的剪切力下分散,因而只引起较少的泡沫;
第四,W型消光剂能在最后添加,用于调整光泽;
第五,W型消光剂能产生较好的抗刮性。

现在,格雷斯公司已经可以提供SYLOIDÒW 300、W500和W900消光剂,其平均粒径分别是3L m、5L m和9L m。

513紫外光固化涂料体系
与水性涂料相比,紫外光固化涂料难消光得多。

其消光能力取决于配方的本性、树脂的反应性以及固化的条件。

通常,低的反应性和慢的固化条件有利于消光,高反应固化系统难以消光。

配方中有影响固化条件的组分,如叔胺类的光协剂有损消光,因为它们会加速表面的固化。

丙烯酸类的紫外光固化涂料的消光与传统的涂料体系相反,往往有机物处理以及小粒径消光剂有较大的消光效果。

这可能是这些消光剂较轻,当涂膜较快固化时,容易形成微粗糙表面。

不饱和聚酯类的紫外光固化涂料的消光较容易,与传统的消光剂机理相同。

这是因为此类体系仍有一定的溶剂挥发而产生漆膜的收缩。

514高固体分涂料体系
高固体分涂料固体含量高,需增加配方中消光剂的用量,但这往往造成粘度的显著增大。

格雷斯公司新开发的LV-6消光剂就是针对高固体分涂料体系,在同样的光泽下,其粘度要比使用其他消光剂改善50%。

另外,为了得到能接收的消光效果,常采用粒径与涂料干膜厚度相当的消光剂。

6结论
选择消光剂就是使表面产生微粗糙度,而不影响涂料的外观和漆膜的机械性能。

二氧化硅消光剂是一种简便、高效的消光剂,已作为涂料的一种重要助剂,使涂料呈现特有的光泽。

正确的选择消光剂就成为亚光涂料生产的关键所在。

参考文献
1格雷斯公司消光剂的样本和资料
2D1J1Kent,H1Schneider1影响丙烯酸类紫外光固化涂料消光的参数1涂料工业,1996,(6):1
收稿日期:1997-11-28
#专论与综述#。