Удельная поверхность гидрофильного газофазного диоксида кремния Влияние на появление белых пятен в порошковых красках 

В сфере промышленного нанесения покрытий, где концепция защиты окружающей среды приобретает все большее значение, порошковые краски занимают важное место благодаря низкому уровню выбросов ЛОС и высокой эффективности использования ресурсов, а гладкость поверхности является одним из ключевых показателей их качества. Белые пятна, являющиеся распространенным дефектом внешнего вида, не только портят общий эстетический вид покрытия, но и могут свидетельствовать о неравномерном распределении компонентов внутри, что в свою очередь влияет на атмосферостойкость и механические свойства покрытия.
Недавно компания «Хубей Хуэйфу Наноматериалы» (далее «Хуэйфу Нано») на основе своего обширного опыта в области научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ провела чрезвычайно ценный сравнительный эксперимент. Эксперимент был посвящен линейке гидрофильных газофазных диоксидов кремния серии HL (HL-150/HL-200/HL-300/HL-380). В ходе исследования было подробно изучено, как газофазный диоксид кремния с различной удельной поверхностью влияет на появление белых пятен в порошковых красках, что позволило предоставить отрасли ценные данные и решения.

Рис. 1

Как показано на рисунке 1, в эксперименте были использованы четыре вида гидрофильного газофазного диоксида кремния — HL-150, HL-200, HL-300 и HL-380, удельная поверхность которых составляет примерно 150 м²/г, 200 м²/г, 300 м²/г и 380 м²/г соответственно. В эксперименте были сохранены одинаковые технологические условия, такие как дозировка и время диспергирования. Четыре образца были добавлены в базовую порошковую краску, после чего, после диспергирования, наблюдалось состояние поверхности порошковой краски.
По сравнению с контрольным образцом в группах образцов HL-150 и HL-200 белые пятна практически отсутствовали, а поверхность порошка была однородной и гладкой; в то же время в группах образцов HL-300 и HL-380 наблюдались незначительные белые пятна, которые после встряхивания для однородного распределения были рассеяны по поверхности. Это явление свидетельствует о том, что при одинаковых условиях диспергирования гидрофильный пирогенный диоксид кремния с высокой удельной поверхностью в большей степени способствует образованию белых пятен.
Это связано с тем, что HL-300 и HL-380, являясь продуктами с высокой удельной поверхностью, содержат значительно большее количество гидроксильных групп на поверхности, а агрегаты, образующиеся между частицами за счет водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса, являются более плотными; причем чем больше удельная поверхность, тем выше степень агрегации. Обычной энергии диспергирования недостаточно для разрушения трехмерной сетевой структуры, образованной этими сильными взаимодействиями, что приводит к остаткам частичных агрегатов, проявляющимся в покрытии в виде видимых белых точек. Кроме того, поверхностная энергия частиц с высокой удельной поверхностью выше, что затрудняет смачивание с основой краски, что еще больше усугубляет проблему неравномерной дисперсии. Таким образом, появление белых точек является не дефектом самого материала, а проблемой несоответствия характеристик материала и технологического процесса.
Исходя из приведенного выше анализа, для рецептур порошковых красок, в которых требуется использовать гидрофильный газофазный диоксид кремния с высокой удельной поверхностью, рекомендуется оптимизировать технологический процесс по следующим направлениям:
Во-первых, необходимо усилить условия диспергирования: для полного разбивания агломератов у продуктов с высокой удельной поверхностью требуются более высокие сдвиговые нагрузки или более длительное время диспергирования. Можно соответствующим образом увеличить скорость вращения высокоскоростного смесителя или продлить время диспергирования, чтобы обеспечить эффективное разбивание агломератов.
Во-вторых, можно применять поэтапную подачу сырья: при разработке рецептуры следует рассмотреть возможность предварительного смешивания газообразного диоксида кремния с частью смолы для получения мастер-батча, который затем смешивается с остальными компонентами. Такой подход способствует улучшению смачиваемости добавки и равномерности ее распределения.
В-третьих, следует подобрать подходящий сорт: если не требуется высокая удельная поверхность для обеспечения загущения или тактических свойств, можно отдать предпочтение продуктам с низкой удельной поверхностью, таким как HL-150 и HL-200, что позволит снизить риск появления белых пятен на самом начальном этапе.
Появление белых пятен в порошковых красках, вызванное гидрофильным газофазным диоксидом кремния, тесно связано с его удельной поверхностью: продукты с высокой удельной поверхностью из-за высокой поверхностной энергии склонны к агломерации и при одинаковых условиях диспергирования чаще приводят к образованию белых пятен, однако эту проблему вполне можно решить путем оптимизации технологического процесса.
Это напоминает нам, что на пути к достижению максимальных характеристик порошковых красок при выборе функциональных добавок нельзя ориентироваться исключительно на «количество добавки» и «результат», но необходимо уделять особое внимание тому, «как добавлять» и «как распределять». Каждый материал имеет свои особенности, и только понимая его сущность, можно в полной мере использовать его свойства.
В связи с постоянным ростом спроса на экологичные и высокоэффективные покрытия сфера применения порошковых красок постоянно расширяется. Газофазный диоксид кремния, являющийся ключевым нанофункциональным добавкой, по-прежнему требует углубленного изучения с точки зрения совместимости с полимерными системами и стабильности дисперсии. Только обеспечив на микроуровне равномерное распределение каждой частицы, можно добиться идеальной поверхности покрытия на макроуровне — это цель инженеров-материаловедов и основа промышленной эстетики.