涂料油墨助劑—硅烷偶聯(lián)劑-鈦酸酯偶聯(lián)劑

1、涂料油墨助劑硅烷偶聯(lián)劑，鈦酸酯偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑是一種可以把兩種不同性質(zhì)的物質(zhì)通過化學(xué)或物理作用結(jié)合起來的一種改善型助劑，在復(fù)合材料中應(yīng)用較為廣泛。偶聯(lián)劑的親無機(jī)基團(tuán)與填料表面結(jié)合，親有機(jī)基團(tuán)與高分子樹脂纏結(jié)或反應(yīng)，利用其特有的分子橋性能使表面性質(zhì)相差很大的無機(jī)填料與高分子材料相容，從而大大提高復(fù)合材料的物理性能、電性能、熱性能、光性能等。生產(chǎn)中常用的幾類偶聯(lián)劑按其中心原子的不同，主要分為硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類等。硅烷偶聯(lián)劑是由硅氯仿（HSiCI3）和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的不飽和烯烴在鉑氨酸催化下加成，再經(jīng)醇解而得。1、偶聯(lián)劑應(yīng)用機(jī)理：偶聯(lián)劑和表面活性劑的區(qū)別：在涂料制造過程中，需要將屬于親水的極性物

2、質(zhì)顏、填料分散到屬于疏水的非極性物質(zhì)有機(jī)基料中去。為了增加無機(jī)物與有機(jī)高分子之間的親合性，一般要用偶聯(lián)劑或其它表面活性劑等處理無機(jī)物的表面，使它由親水變?yōu)槭杷?，從而促進(jìn)無機(jī)物和有機(jī)物之間的界面結(jié)合。偶聯(lián)劑和表面活性劑在分子結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能方面有些相似，但也有差別。二者都是由親水和疏水兩種基團(tuán)組成。表面活性劑通過分子中親水基團(tuán)定向吸附在無機(jī)顏、填料表面形成單分子層，這是一種物理吸附現(xiàn)象，從而提高顏填料在基料中的分散性和潤(rùn)濕性，因此僅是物理吸附，所以表面活性劑有遷移現(xiàn)象影響光澤，外觀和附著力。偶聯(lián)劑是通過化學(xué)反應(yīng)和無機(jī)顏填料表面進(jìn)行偶聯(lián)結(jié)合并和高分子基料進(jìn)行交聯(lián)，把兩種不同性質(zhì)的物質(zhì)結(jié)合起來，起橋

3、梁作用，從結(jié)合強(qiáng)度，提高顏、填料在基料中的分散程序以及降低界面自由能的幅度，偶聯(lián)劑都大大勝過表面活性劑。硅烷偶聯(lián)劑由于其特殊的的結(jié)構(gòu)組成，被成功用于黏結(jié)促進(jìn)劑、表面處理劑已經(jīng)幾十年了 現(xiàn)在硅烷偶聯(lián)劑已經(jīng)逐漸成為涂料、油墨系統(tǒng)中不可缺少的組成份。無論是作為添加劑或單獨(dú)涂層底漆，都會(huì)賦予涂料、油墨絕佳的性能。 硅烷偶聯(lián)劑是擁有雙官能基團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)，可用通式表示為Y(CH2)nSiX3，其中Y表示烷基、苯基以及乙烯基、環(huán)氧基、氨基、巰基等有機(jī)官能團(tuán)，常與涂料基體樹脂中的有機(jī)官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)結(jié)合；X表示氯基、甲氧基、乙氧基等，這些基團(tuán)易水解成硅醇而與無機(jī)物質(zhì)(玻璃、硅石、金屬、粘土等)表面的氧化物或羥基

4、反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硅氧鍵。因此，通過硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑，可在無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質(zhì)完全不同的材料連接在一起。硅醇官能團(tuán)和硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)官能團(tuán)的反應(yīng)基團(tuán)可以決定硅烷偶聯(lián)劑在涂料體系中起什么作用。硅烷偶聯(lián)劑在涂料和油墨中的作用：（1）提高涂層附著力。（2）提高涂層的耐久性。（3）提高涂層的耐候性。（4）提高涂層的堅(jiān)韌性。（5）顯著降低填料和顏料的分散粘度，提高顏料分散性硅烷偶聯(lián)劑在底漆中的的應(yīng)用硅原子的共價(jià)鍵具有結(jié)合有機(jī)物和無機(jī)物獨(dú)一無二的能力，硅氧內(nèi)部與生俱來的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使其成為高性能涂料底漆的重要組成部分。在底漆中運(yùn)用硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑可以提高其粘連性、保持其濕度、

5、化學(xué)性、防紫外線和增強(qiáng)性；改進(jìn)填料的分散性。烷氧基硅烷偶聯(lián)劑可以與許多有機(jī)樹脂相容。事實(shí)上，硅烷偶聯(lián)劑是很強(qiáng)的極性溶劑，硅烷偶聯(lián)劑的聚合作用又來影響聚合物的相容性和最終性質(zhì)。在有機(jī)聚合物和無機(jī)物的表面（比如，顏料、填料和玻璃、金屬表面），無機(jī)烷氧官能團(tuán)以共價(jià)鍵的形式偶聯(lián)的大量有機(jī)基。硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)官能團(tuán)只要找到與其匹配的有機(jī)聚合物就會(huì)產(chǎn)生絕佳的效果。 一、硅烷偶聯(lián)劑作為附著力促進(jìn)劑： 當(dāng)涂料中含有少量硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)溶劑，在其涂布后，硅烷偶聯(lián)劑會(huì)遷移到涂料與底材的界面，與無機(jī)表面上的水分反應(yīng)，水解生成硅醇基，進(jìn)而與底材表面羥基形成氫鍵或縮合成SiM（M為無機(jī)表面），同時(shí)硅烷偶聯(lián)劑各分子間的硅醇

6、基又相互縮合、齊聚形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜覆蓋在底材表面。即使在水浸條件下，硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑改性的涂料在各種無機(jī)底材表面附著良好。在漆基與底材之間的交界層內(nèi)，硅烷偶聯(lián)劑與漆基相互作用，形成硅烷偶聯(lián)劑與漆基相互滲透的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其內(nèi)聚力和耐水侵蝕的穩(wěn)定性，并使應(yīng)力藉以由模量的底材向低模量的漆基轉(zhuǎn)移，從而顯著提高對(duì)底材的附著力。 KH-792（硅烷偶聯(lián)劑KH-792） 丙烯酸、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、乙烯基 底涂：用異丙醇稀釋成10的固體份；添加劑：0.5-3.0 用于各種涂料體系對(duì)玻璃、鋁材和鋼材表面的附著力增進(jìn) KH-570(硅烷偶聯(lián)劑KH-570) 丙烯酸、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚

7、氨酯、乙烯基、不飽和聚酯樹脂 底涂：在酸性（PH-4.0）水中稀釋到0.1.；添加劑：0.5-3.0 增進(jìn)自由基交聯(lián)的樹脂對(duì)無機(jī)底材的附著力，如：聚酯樹脂 KH-560(硅烷偶聯(lián)劑KH-560) 丙烯酸、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硝化纖維、酚醛、聚酯、聚氨酯、乙烯基 底涂：用異丙醇稀釋成10的固體份；添加劑：0.5-3.0 用于各種涂料體系對(duì)玻璃、鋁材和鋼材表面的附著力增進(jìn) A-171 A-151, A-172 丙烯酸、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、乙烯基 用于丙烯酸涂料等各種涂料，以及顏料的表面處理 二、硅烷偶聯(lián)劑作為硬化劑： 氨基官能硅烷偶聯(lián)劑可作為傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂和聚氨基甲酸（乙）酯（一般采

8、用有機(jī)硅樹脂）硬化劑。它們會(huì)有一種額外的作用，就是硅醇基互相反應(yīng)，生成硅氧鍵（Si-O-Si），這種過程稱之為縮合反應(yīng)。這種硅烷偶聯(lián)劑的交聯(lián)結(jié)果，改進(jìn)了涂層的強(qiáng)度和耐磨性，原因是由于穩(wěn)定的Si-O-Si硅氧網(wǎng)絡(luò)造成。 五、硅烷偶聯(lián)劑作為共聚單體 有機(jī)功能硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于溶劑型樹脂合成和溶劑型涂料。有機(jī)功能硅烷偶聯(lián)劑在溶劑型樹脂合成中作為共聚單體，在溶劑型涂料中作為交聯(lián)促進(jìn)劑以及附著力促進(jìn)劑，可以達(dá)到以下效果： (1)耐侯性 (2)UV穩(wěn)定性 (3)附著力促進(jìn) (4)耐化學(xué)品性 硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)官能團(tuán)Y必須和其它單體一起反應(yīng)。通過硅醇官能團(tuán)Si-OH和基材粘合，產(chǎn)生交聯(lián)。 三、硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于乳

9、液合成和水性涂料： 隨著社會(huì)的進(jìn)步人們生活質(zhì)量的提高，出于環(huán)保的要求，涂料越來越要求用水來作溶劑。雖然硅烷偶聯(lián)劑在水存在的情況下會(huì)產(chǎn)生水解，但這不不是說就完全不能在水性系統(tǒng)中使用。例如：KH-550氨基硅烷偶聯(lián)劑是非常好的粘結(jié)促進(jìn)劑和硬化劑，它完全溶于水，在水溶液中十分穩(wěn)定，且和多種有機(jī)樹脂相劑。有機(jī)功能硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于丙烯酸乳液合成和水性涂料的優(yōu)點(diǎn)： (1)提高耐水性和耐溶劑性；(2)提高耐擦洗性、耐劃傷性和耐磨性； (3)提高耐久性和抗老化性能；(4)提高附著力和硬度。 將丙烯酸和苯乙烯單體跟硅烷偶聯(lián)劑共聚可合成硅烷偶聯(lián)劑基化的丙烯酸酯乳液，從而可以制成室溫交聯(lián)固化的丙烯酸酯涂料 （乙烯基

10、三異丙氧基硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑）是用于交聯(lián)丙烯酸和乙烯基膠乳的乙烯基硅烷偶聯(lián)劑單體。可用于OEM產(chǎn)品和建筑涂料。該硅烷偶聯(lián)劑很容易共聚入丙烯酸和乙烯基膠乳的主鏈。使用含有推薦催化劑的配方在固化后可以獲得堅(jiān)硬和高度交聯(lián)的涂層。該硅烷偶聯(lián)劑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使它在水基體系具有很好的穩(wěn)定性，在涂料凝聚前不會(huì)反應(yīng)或交聯(lián)。含有乙烯基三異丙氧基硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑的水基涂料配方在一年的老化之后仍保持穩(wěn)定性和有效性 乳液合成的典型步驟： 該反應(yīng)為高度放熱型。典型的操作是在反應(yīng)器中僅僅先聚合一少部分共聚單體預(yù)混合物，然后從一個(gè)緩沖罐中慢慢加入剩余的部分。 典型的步驟如下： 1、 向反應(yīng)器中加入水，表面活性劑

11、，緩聚劑。 2、 向反應(yīng)器中加入5%-10%的共聚單體預(yù)混合物（不含硅烷偶聯(lián)劑）。 3、 加熱以上的混合物至制造商所掌握的最佳溫度，典型的溫度控制在約65-75。 4、 向反應(yīng)器中加入所有的催化劑和引發(fā)劑。 5、 控制剩余共聚物單體預(yù)混合物向反應(yīng)器中添加的速度，典型的時(shí)間范圍為4-6小時(shí)。 6、 在共聚物單體預(yù)混合物尚余10%時(shí)，向緩沖罐另外加入硅烷偶聯(lián)劑。把硅烷偶聯(lián)劑和剩余的10%共聚物單體預(yù)混合物完全混合，并且繼續(xù)按所控制的速度向反應(yīng)器添加。 7、 加完共聚物單體預(yù)混合物之后，維持足夠的時(shí)間以獲得最大程度的聚合。 注意： 1、 實(shí)行延遲單體聚合以提高乳液的性能。 2、 如151、172、5

12、70的典型用量限在單體總重量的1%以下，更高加入量有縮短產(chǎn)品儲(chǔ)存期的危險(xiǎn)鈦酸酯偶聯(lián)劑在涂料油墨的應(yīng)用鈦酸酯偶聯(lián)劑是美國 Kenrich 石油化學(xué)公司于 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)的一類多功能型助劑，兼有分散劑、潤(rùn)濕劑、粘結(jié)促進(jìn)劑、固化催化劑、交聯(lián)劑、防銹劑和阻燃劑等多種功效 1 。與相應(yīng)的其他助劑相比，鈦酸酯偶聯(lián)劑性價(jià)比優(yōu)異，對(duì)提高涂料檔次，促進(jìn)涂料工業(yè)發(fā)展具有重要意義 。鈦酸酯偶聯(lián)劑因與中心元素鈦相結(jié)合的親水性基團(tuán)以及親油基團(tuán)的不同而異，總的說來，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為單烷氧基型、螯合型、配位型 3 種類型。在 3 類鈦酸酯偶聯(lián)劑中，單烷氧基型品種最多，含有各種功能基團(tuán)和特點(diǎn)，適用范圍極廣，價(jià)

13、格低，產(chǎn)量高，在涂料工業(yè)的應(yīng)用中具有廣闊的市場(chǎng)空間。偶聯(lián)劑的用量理論上是要使偶聯(lián)劑中全部親水反應(yīng)基團(tuán)與顏、填料所提供的羥基或質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，沒必要過量，但實(shí)際上的用量，要根據(jù)填料的粒度和表面官能團(tuán)的情況等，來決定最合適的用量?？梢杂谜扯葴y(cè)定法求得粘度和偶聯(lián)劑用量的關(guān)系。粘度下降最大點(diǎn)就是最合適的鈦酸酯用量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，偶聯(lián)劑用量應(yīng)該是涂料中固體顏、填料量的1-3左右，顏、填料的粒度越細(xì)，表面積越大，偶聯(lián)劑的用量就越多。鈦酸酯偶聯(lián)劑是近十年來迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于許多生產(chǎn)領(lǐng)域的一類新穎化工助劑，在合成及應(yīng)用，國外見諸報(bào)導(dǎo)較多，國內(nèi)也正在越來越受到關(guān)注。鈦酸酯偶聯(lián)劑廣泛用于涂料工業(yè)，是一種多功能性助劑，

14、但也要經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)才能取得最佳效果。為了實(shí)現(xiàn)涂料工業(yè)現(xiàn)代化，必須廣泛開展鈦酸酯在涂料工業(yè)中的應(yīng)甩研 鑒于鈦酸酯偶聯(lián)劑在涂料工業(yè)中的應(yīng)用前景非常廣闊。國內(nèi)一些單位正在研制、生產(chǎn)鈦酸酯偶聯(lián)劑，在鈣、塑材料方面已經(jīng)有一定程序的應(yīng)用和發(fā)展，涂料品種結(jié)構(gòu)正由低檔向中、高檔產(chǎn)品發(fā)展。涂料品種正由傳統(tǒng)的溶劑型涂料逐步向水性高固體分子溶劑，粉末和無機(jī)涂料方向發(fā)展，除明顯提高涂料的裝飾性和保護(hù)性外，又要求涂料向高效能、多功能、特效和專用方向發(fā)展，需要各種各樣新型功能涂料。由于鈦酸酯偶聯(lián)劑獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和多品種、多功能的特性。雖然用量少，卻能滿足涂料多方面的性能要求。 鈦酸酯偶聯(lián)劑應(yīng)用在涂料中的研究，國外報(bào)導(dǎo)得較

15、多，國內(nèi)研究尚未大量投入。我公司聯(lián)合國內(nèi)部分大專院校及研究單位，投入較大科技力量，做了大量的工作，以各類鈦酸酯偶聯(lián)劑為主，輔以多種添加劑，推出了系列十余品種的涂料、油墨、專用助劑，堪與進(jìn)口助劑比美，價(jià)格適中。3、應(yīng)用功能： 由于鈦酸酯偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)中6個(gè)不同的功能區(qū)的特點(diǎn)，可以根據(jù)涂料工業(yè)的需要設(shè)計(jì)出不同基團(tuán)的鈦酸酯偶聯(lián)劑，使其成為特定的，或兼有多種功能的偶聯(lián)劑，賦于涂料油墨具有如下功能。(1)良好的分散潤(rùn)濕功能，能明顯提高大部分無機(jī)與有機(jī)顏、填料在有機(jī)基料中的分散性，對(duì)炭黑、酞箐蘭、鐵紅、中鉻黃等分散也特有效。(2)防沉性能好，提高貯存穩(wěn)定性。(3)有助磨作用，能縮短研磨道數(shù)和時(shí)間，同樣研磨

16、時(shí)間可使粒子研磨得更細(xì)。(4)能增加漆膜對(duì)基材的附著力，提高漆膜對(duì)各種金屬，玻璃及無機(jī)材料的粘結(jié)性，改善耐磨擦性，提高沖擊強(qiáng)度，增加柔軟性。(5)能明顯增加涂料的著色強(qiáng)度和反射能力，提高漆膜光澤，增加覆蓋率。(6)在防火涂料中能產(chǎn)生阻燃效果。(7)在防銹涂料中能起防銹效果(8)能降低涂料體系的粘度，降低樹脂的固化溫度。(9)具有較好的觸變性能，并能提高涂膜的斥水性、耐磨性和耐洗滌性。(10)具有較好的抗氧化性能，及抗紫外線功能。(11)顯著改進(jìn)涂膜的機(jī)械性能，耐侯性，耐鹽霧性及抗泛黃性；4、使用方法： 鈦酸酯偶聯(lián)劑能在顏、填料表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：形成單分子層發(fā)揮每個(gè)分子的橋梁作用，因此用量少、作用大。為了使少量鈦酸酯偶聯(lián)劑能夠均勻分布在顏、填料表面：就要采用有效的使用方法，并要遵循如下原則：不要另外再添加表面活性劑，因?yàn)樗鼤?huì)干擾鈦酸酯在填料界面上的反應(yīng)，這樣才能發(fā)揮其應(yīng)有的效果。 根據(jù)偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)類型，耐水性，實(shí)際使用對(duì)象和使用場(chǎng)合，應(yīng)采取不同方法，現(xiàn)將幾種使用方法介紹如下：(1)顏、填料預(yù)處理法：將鈦酸酯偶聯(lián)劑予先包覆到顏、填料表面的方法，