专用于二氧化硅消光剂表面改性蜡乳液研制与应用.doc

专用于二氧化硅消光剂表面改性蜡乳液研制与应用 杨卫宁1 问立宁2 摘要：本文开发了一种针对二氧化硅粉体表面改性的蜡乳液，该产品能够明显降低表面摩擦系数，提高抗划伤、抗粘连等性能 关键词：二氧化硅；蜡乳液；粉体；消光剂 （英文题目、摘要、关键词） 涂料中使用的消光产品可分为有机类和无机类。有机类以微粒形态被加入的蜡材料为主，在涂料挥发过程中蜡粒子析出到涂层表面，形成一层散光的粗糙面而起到消光作用。无机消光剂以二氧化硅粉体为主，其中凝胶法生产的大孔容二氧化硅具有极高的消光效率和透明度，成为涂料用消光剂的首选。 使用蜡材料进行表面改性的二氧化硅粉体集中了两类消光剂的优点，在保持了二氧化硅粉体消光效率高的同时提高了其分散性，克服了涂料体系中极性粉体易沉降难分散的缺点。同时还将有机蜡材料的滑爽、抗划伤性好等优点赋予了最终产品。因此国外消光剂厂家纷纷开发相关产品，目前，蜡改性二氧化硅消光剂是涂料行业中性能最好的消光材料。 目前对二氧化硅消光粉进行表面改性的方式主要采用蜡乳液。如德固赛公司专利称采用聚乙烯蜡乳液为改性材料，将乳液加入已在剪切力作用下液化的滤饼中，充分搅拌均匀后，采用雾化干燥，并使用分级式粉碎机制得。据了解国内曾有厂家试图用微粉蜡与超细二氧化硅进行机械混合的方法生产改性品种，但未获成功。 上世纪五十年代，美孚石油公司就开始开发以水乳液的形式提供的蜡产品。经数十年发展已形成专门行业，在涂料、纺织、造纸、农业等领域应用广泛。蜡乳液种类很多，根据其用途不同派生出不同品种。单以蜡种类区分就可包括石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、蒙坦蜡等十余种，再加上各种化学改性和物理调配，种类更加繁多。BASF、CLARIANT、 MICHELMAN等公司均有大量牌号蜡乳液产品在国内市场推广，但国外公司均未推介专门针对二氧化硅粉体改性的产品。各类文献提及用于粉体改性的蜡乳液选择特点和制备方法时都含混其词。 本课题目的在于开发一种针对二氧化硅粉体表面改性的蜡乳液产品，其性能达到如下指标： 蜡粒子应与二氧化硅粒子达到微观尺度分散与吸附：即蜡粒子分散细度应达到0.2-0.4微米，这样对消光剂的孔隙率影响也不会太大。并在整个改性过程中其乳化体系不能因分散、离子性等原因破坏造成粒子尺度增加，蜡粒子与二氧化硅粒子可相互产生静电吸附等。 用蜡乳液处理二氧化硅，改性后的二氧化硅粉体具有在溶剂涂料体系中分散容易，不易形成沉淀尤其是硬沉淀。 用蜡乳液改性后的二氧化硅粉体在孔容、白度、透光率和消光效率等指标不应有明显变化。 用蜡乳液改性后的二氧化硅粉体制备的涂层应具有蜡系产品的特征，即能够明显降低表面摩擦系数，提高抗划伤、抗粘连等性能。 1实验部分 1.1原材料与仪器设备： 蜡A，一种高密度聚乙烯蜡；蜡B，一种低密度聚乙烯蜡；蜡C，改性费托蜡；蜡D，微晶蜡，乳化剂a，阴离子；乳化剂b，阳离子；乳化剂c，非离子；助乳化剂d；消光剂滤饼；聚氨酯树脂等；搅拌釜（实验型）、高压均质机、高速分散机、喷雾干燥器、气流粉碎机等。检测仪器包括激光粒度仪等。 1.2蜡乳液制备： 将部分乳化剂与蜡熔融后混合均匀，其他乳化剂与水混合，两者混合充分后通过高压均质机2次，降温制备成稳定乳液。 1.3二氧化硅粉体改性： 将滤饼高速搅拌液化后加入蜡乳液，用去离子水调节到固含量10%，搅拌30分钟，用实验用喷雾干燥设备干燥，并进行气流粉碎，调节粉碎机工艺条件，得到5微米左右粉体。 1.4应用性能测试： 选用水性木器漆用聚氨酯树脂，按体系4%加入二氧化硅消光剂，经高速分散机（2000rpm）搅拌10min，用丝棒涂布制膜，常温干燥24小时后检测其光泽度，选择一国外主流产品对照。同时评价其静置稳定性。 2 结果与讨论： 2.1蜡乳液性能分析： 2.1.1基本性能及粒径分布： 基础蜡经调配后性能有所变化，经烘干制片后实测基本性能如下： 外观：透明、略带黄色 手感：滑爽 滴点：115-135℃ 硬度（针入度）：0.5 可见经加入乳化助剂调制后蜡仍然保持其硬度，因试验条件所限无法检测其摩擦系数变化，但手感其滑爽感觉未改变。 蜡乳液性能如下： 外观：淡黄色半透明液体 不挥发份含量：34.2% PH值： 5.5 粘度： 60cps 粒径（d50）： 0.24微米 由粒径分布图可知，乳液处于细小乳液状态，且粒径分布较窄。这样在与二氧化硅粒子混合过程中应当容易形成微观状态的均匀分散。见图1。 图1.粒径分布图 2.1.2PH值变化对蜡乳液体系的影响： 利用滴加盐酸和NaOH溶液调节蜡乳液体系酸碱度，并观测体系稳定性变化如表1： 表1 PH值变化对蜡乳液体系的影响 PH值 4 5 6 7 8 9 稳定性 好 好 好 好 出现絮凝 整体絮凝 由表看出，该蜡乳液在酸中性体系内分散稳定性好，体现阳离子乳液