硅胶改性制备二氧化硅消光剂的研究

硅胶改性制备二氧化硅消光剂的研究

朱红标

清远市鑫辉化工有限公司 511500

摘要：目前涂层树脂的消光效果主要通过外添加消光剂与树脂的自消光改性两种方式获得。传统的水性聚氨酯消光树脂主要是通过添加消光剂SiO2和消光树脂的方法制备。外添加消光剂方法一般是将消光剂添加在水性聚氨酯体系中，成膜时涂层水分蒸发后，涂层表面的颗粒状消光剂会使涂层表面凹凸不平，从而达到消光效果，但消光剂易发生沉降，使乳液的稳定性降低，且若混合不均则存在涂层的光泽有差异等问题。采用消光剂二氧化硅改性水性聚氨酯制备消光型皮革涂饰剂，使得被涂饰的皮革表面的消光感明显增强，且手感变好。但外添加的消光剂与聚氨酯树脂不易很好匹配，可能存在乳液不稳定、涂层脆性增大等问题。自消光树脂是指在涂料树脂中无需外添加消光粉或消光蜡等，成膜后就具有表面消光效果的涂料树脂。自消光树脂因其组分具有与消光剂颗粒相似的物化性质及光能团结构，在与其他树脂复配后具有较好的相容性及成膜后相近的折光系数，有效解决了外添加消光剂带来的问题。制备以水合肼为后扩链剂，不添加消光剂，即可达到消光效果的水性聚氨酯，其60°光泽度最低可达1.5，但其只探讨了扩链剂种类及用量、R值〔n(—NCO)∶n(—OH)〕等对WPU膜光泽的影响，并未做过多其他性能的探究。用端羟丙基聚二甲基硅氧烷改性水性聚氨酯消光树脂，只对胶膜光泽度及吸水率进行了测试，缺少力学等其他方面的分析，且消光性能不是特别好，60°光泽度在10.9以上。用环氧树脂改性高固含水性聚氨酯消光树脂，主要进行环氧树脂对水性聚氨酯耐水解性能和耐热性能的研究，并未进行环氧树脂对消光性能进行研究。基于以上分析，可利用有机硅聚合物的表面能低、与水性聚氨酯相容性差的特点和环氧树脂具有化学稳定性好、粘接力强、收缩率低、力学强度和化学稳定性好等优点双重改性来制备水性聚氨酯消光树脂，原料廉价易得、制备工艺简单、环保无害，具有良好的应用前景。

关键词：硅胶改性；制备；二氧化硅；消光剂

引言

水性聚氨酯亚光涂料具有色泽柔和、环保和更具高级感而越来越受到人们的喜爱。消光树脂一般指成膜后表面明显雾化、低光泽度（哑光）的树脂，其主要用在各种涂层上。所谓消光效果就是人眼接收到的光线极少，是人的感官所体会到的一种主观印象。具体来说，就是当一束光源（太阳光、灯光等）以一定的角度照射在被涂覆物表面上，入射光线根据物体表面特性发生反射、吸收、折射、散射等，如果漆膜表面犹如镜面一样光滑平整，入射的光线几乎被完全反射出去，人眼接收到大量的反射光线，从而判断出这个被涂覆物表面呈现高光泽效果，而如果漆膜表面十分粗糙，那么仅有极少部分光线反射出去被人眼接收到，人们再根据主观判断出这个被涂覆物表面具有消光效果。

1消光方法

现有的消光方法主要分为化学消光和物理消光２种形式。物理消光又包括表面后处理和添加消光剂２种方式。表面后处理是通过在高光泽的漆膜表面进行刻蚀处理或机械打磨，而添加消光剂是使树脂在成膜过程中，表面产生凹凸不平，增大光线的散射和减小反射光的强度，从而达到降低薄膜表面光泽度的效果；化学消光可以广义地理解为除了物理消光涵盖的范围，均指化学消光，包括利用化学反应合成的树脂本身结构与性质，如固化温度差异、相容性差异、引入吸光性基团等等。

2硅胶改性制备二氧化硅消光剂

2.1光学各向异性及分子取向测量表征

有机材料分子的取向排列会导致光学各向异性，影响OLED器件的出光效率等性能。因此，为了调控有机材料的性能、优化其器件结构和提升器件的效率，需要对OLED材料的光学特性和分子取向进行精确测量表征。对分子取向的表征方法有多种，采用最为广泛的是多入射角椭偏测量法，它可以无损地确定薄膜的光学性质及其各向异性，进而通过各向异性光学常数表征分子取向特征。有机薄膜光学常数的各向异性与分子取向有关，消光系数k与吸收系数α之间的关系为k=(λ/4π)α，因此消光系数可以表示光的吸收，分子的跃迁偶极矩直接影响消光系数。因此，可以通过薄膜消光系数的各向异性和分子跃迁偶极矩的方向来确定分子在薄膜中的取向。总体来说，根据分析结果可看出材料的各向异性越大，分子取向越显著。尽管许多各向异性材料已在OLED中得到了应用，但其分子取向性能及其工作机理尚不清楚。多入射角光谱椭偏能够精确表征有机材料的各向异性光学常数和分子取向，这对揭示材料性能机理和指导器件优化设计具有重要的意义。

2.2水性消光涂料

水性涂料以水作为稀释剂替代传统的有机溶剂型涂料，在降低ＶＯＣ含量的同时，溶剂型涂料的施工优势也得以保留下来。水性涂料在干燥或固化的过程中，水挥发而使漆膜发生体积收缩，因此水性涂料的消光并不难。事实上，其消光剂的用量甚至比有些溶剂型涂料体系还低。一般情况下，建议水性涂料使用未经表面处理的消光剂。有机物表面处理消光剂用于溶剂型清漆中可防止硬沉淀的形成，而在水性涂料中，有机物表面处理消光剂并不能有效地防沉。

2.3微分散反应器原位改性制备二氧化硅

使用微分散反应器进行沉淀法制备二氧化硅的实验研究，探索其在二氧化硅消光剂制备中的应用，并通过原位改性的方式对二氧化硅表面进行改性，从而简化工艺流程，直接制备合成微米级单分散的改性二氧化硅消光剂。使用沉淀法制备二氧化硅，制备的二氧化硅颗粒粒径分布较宽，二氧化硅结构性能差。其主要原因是硫酸与水玻璃反应时混合不均匀，微观尺度溶液体系浓度梯度较大，二氧化硅微观结构形成过程中，初级粒子生长速率差异较大，进而影响二次粒子以及聚集颗粒结构的形成。通过使用微分散反应器，强化硫酸与水玻璃接触快速反应时的混合效果，使微观二氧化硅粒子保持均匀稳定生长，从而制备粒径可控的单分散微米级二氧化硅。在反应过程中同时添加硅烷偶联剂进行原位改性，简化了后处理改性的实验操作，提高制备的二氧化硅疏水度和吸油值，使其作为涂料用二氧化硅消光剂添加后，能够在涂料体系中更好的分散，产生良好的消光效果。

结语

总之，未来化学消光树脂的发展主要以原料的绿色化和产品的多样化为主。采用可再生资源——植物生物质作为原料来替代不可再生资源（传统的石油基原料）来制备化学消光树脂符合未来化工行业绿色化、可持续化发展战略目标，同时需要不断开发不同消光程度和各种特殊性能的化学消光树脂，以满足在木材上色、地面涂饰、金属和塑料涂饰、电泳涂装、卷材、家具、墙纸、皮革和人造革等领域不同程度的消光和防反光需求。

参考文献

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