楊衛寧1, 問立寧2
1.龍口市易久化工科技有限公司 265701 2.中國無機鹽工業協會 10013
摘要：本文開發了一種針對二氧化矽粉體表面改性的蠟乳液，使用該產品製備的二氧化矽消光劑能夠明顯降低塗料塗層表面摩擦係數，提高抗劃傷、抗粘連等性能。
關鍵詞：二氧化矽；蠟乳液；粉體；消光劑
0 前言
塗料中使用的消光產品可分為有機類和無機類。有機類消光劑以微粒形態被加入的蠟材料為主，在塗料揮發過程中蠟粒子析出到塗層表面，形成一層散光的粗糙面而起到消光作用。無機消光劑以二氧化矽粉體為主，其中凝膠法生產的大孔容二氧化矽具有極高的消光效率和透明度，成為塗料用消光劑的首選。
使用蠟材料進行表面改性的二氧化矽粉體集中了兩類消光劑的優點，在保持了二氧化矽粉體消光效率高的同時提高了其分散性，克服了塗料體系中極性粉體易沉降難分散的缺點。同時還將有機蠟材料的滑爽、抗劃傷性好等優點賦予了最終產品。因此國外消光劑廠家紛紛開發相關產品，目前，蠟改性二氧化矽消光劑是塗料行業中性能最好的消光材料。
目前對二氧化矽消光粉進行表面改性的方式主要採用蠟乳液。如德固賽公司專利稱採用聚乙烯蠟乳液為改性材料，將乳液加入已在剪切力作用下液化的濾餅中，充分攪拌均勻後，採用霧化乾燥，並使用分級式粉碎機製得。據了解國內曾有廠家試圖用微粉蠟與超細二氧化矽進行機械混合的方法生產改性品種。
上世紀五十年代，美孚石油公司就開始開發以水乳液的形式提供的蠟產品。經數十年發展已形成專門行業，在塗料、紡織、造紙、農業等領域應用廣泛。蠟乳液種類很多，根據其用途不同派生出不同品種。單以蠟種類區分就可包括石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟、蒙坦蠟等十餘種，再加上各種化學改性和物理調配，種類更加繁多。BASF、CLARIANT、 MICHELMAN等公司均有大量牌號蠟乳液產品在國內市場推廣，但國外公司均未推介專門針對二氧化矽粉體改性的產品。各類文獻提及用於粉體改性的蠟乳液選擇特點和製備方法時都含混其詞。
本課題目的在於開發一種針對二氧化矽粉體表面改性的蠟乳液產品，其性能達到如下指標：
1.蠟粒子應與二氧化矽粒子達到微觀尺度分散與吸附：即蠟粒子分散細度應達到0.1微米以下，這樣對消光劑的透明度影響不會太大。在整個改性過程中其乳化體系不能因分散、離子性等原因破壞造成粒子尺度增加，蠟粒子與二氧化矽粒子可相互產生靜電吸附等。
2.用蠟乳液處理二氧化矽，改性後的二氧化矽粉體具有在溶劑塗料體系中分散容易，不易形成沉澱尤其是硬沉澱。
3.用蠟乳液改性後的二氧化矽粉體在孔容、白度、透明度和消光效率等指標不應有明顯變化。
4.用蠟乳液改性後的二氧化矽粉體製備的塗層應具有蠟系產品的特徵，具有疏水性，並能夠明顯降低表面摩擦係數，提高抗劃傷、抗粘連等性能。
1實驗部分
1.1原材料與儀器設備
蠟A，一種高密度聚乙烯蠟；蠟B，一種低密度聚乙烯蠟；蠟C，改性費託蠟；蠟D，微晶蠟，
乳化劑a，陰離子；乳化劑b，陽離子；乳化劑c，非離子；
助乳化劑d；
消光劑濾餅；
聚氨酯樹脂。
1.2 主要設備與儀器
2L實驗攪拌釜威海化工機械廠
實驗型高壓均質機上海科技大學實驗廠
實驗室用氣流粉碎機 宜興市優特粉體機械設備有限公司
SAII-3實驗室分散機上海索維機電設備有限公司
LS-603雷射粒度儀珠海歐美克科技有限公司
1.3 試樣製備
1.3.1 蠟乳液製備
將部分乳化劑與蠟熔融後混合均勻，其他乳化劑與水混合，兩者混合充分後通過高壓均質機2次，降溫製備成穩定乳液。
1.3.2 二氧化矽粉體改性
將濾餅高速攪拌液化後加入蠟乳液，用去離子水調節到固含量10%，攪拌30分鐘，用實驗用噴霧乾燥設備乾燥，並進行氣流粉碎，調節粉碎機工藝條件，得到5微米左右粉體。
1.4 應用性能測試
選用水性木器漆用聚氨酯樹脂，按體系4%加入二氧化矽消光劑，經高速分散機（2000rpm）攪拌10min，用絲棒塗布制膜，常溫乾燥24小時後檢測其光澤度，選擇一國外主流產品對照，同時評價其靜置穩定性。
2 結果與討論
2.1蠟乳液性能分析
2.1.1基本性能及粒徑分布
以氧化改性的高密度聚乙烯蠟為基礎蠟經調配後性能有所變化，經烘乾製片後實測基本性能如表1所示：
表1 基礎蠟基體基本性能
外觀
手感
滴點（℃）
硬度（針入度）
透明、略帶黃色
滑爽
135
<0.5
從表1中數據可以看出，經加入乳化助劑調製後蠟仍然保持其硬度，因試驗條件所限無法檢測其摩擦係數變化，但手感其滑爽感覺未改變。
蠟乳液性能如表2所示：
表2 蠟乳液性能
外觀
不揮發份含量
PH值
粘度（cps）
粒徑d50（um）
淡黃色半透明液體
34.2%
7.5
60
0.03
從蠟乳液外觀看，乳液處於微乳液狀態，外觀清透。這樣在與二氧化矽粒子混合過程中應當容易形成微觀狀態的均勻分散，不影響消光粉的透明度。
2.1.2 PH值變化對蠟乳液體系的影響
利用滴加鹽酸和NaOH溶液調節蠟乳液體系酸鹼度，並觀測體系穩定性變化，所得數據如表3。
表3 PH值變化對蠟乳液體系的影響
PH值
4
5
6
7
8
9
穩定性
好
好
好
好
好
好
由表3可以看出，該蠟乳液在不同PH值的水體系分散穩定性均好，體現優良的耐酸鹼性。
2.2 二氧化矽粉體性能
表4是二氧化矽粉體經所製備的蠟乳液改性與未經改性的物理性能比較，從中得知改性後的二氧化矽粉體外觀、孔隙率、粒徑等指標無明顯變化。
表4二氧化矽粉體的蠟乳液改性與未經改性的物理性能
樣品
外觀
PH值(5%)
平均粒徑
孔隙率
灼燒失重
未改性
合格
6
5
1.8
3.4%
蠟改性
合格
5.5
5
1.8
9.5%
經蠟包覆的消光劑電鏡照片
蠟乳液電鏡照片
從電鏡圖片上顯示，蠟粒子吸附於消光劑顆粒之間，形成均勻分散。這種分散狀態既對消光劑在溶劑中的分散性能產生很好幫助，又不影響消光劑的孔隙率等指標，從而減少對消光效率的影響。
2.3應用性能對比
2.3.1消光效果
表5是二氧化矽粉體的蠟乳液改性與未經改性的消光劑性能。由表5可以看出，經蠟改性後，消光劑消光效率稍有降低，但漆膜透明度有提高，表明消光劑粉體與樹脂的相容性有提高。而且高分子蠟明顯降低了漆膜的表面摩擦係數，提高了滑爽手感。
表5二氧化矽粉體的蠟乳液改性與未經改性的消光劑性能
編號
添加量（%）
光澤度（60度）
透明度（目測）
手感
1
4
21.5
稍差
較差
2
4
23.8
好
明顯滑爽
3
4
23.4
好
一般
註：1-未改性 2-蠟塗覆改性 3-某進口樣品
2.3.2分散效果
將樣品置於具塞量筒中靜置3hr，觀察其相容性與穩定性。經改性後無機消光劑與高分子乳液的相容性有一定提高，尤其是二氧化矽粉體之間不易形成硬團聚。見表6。
表6二氧化矽粉體的蠟乳液改性與未經改性的分散性能
編號
添加量（%）
穩定性評價
1
4
沉澱明顯，上邊出現清液，沉澱結塊，不易攪動。
2
4
有小許沉澱，極易攪勻
3
4
有小許沉澱，極易攪勻
註：1-未改性 2-蠟塗覆改性 3-某進口樣品
2.4結論：
1.一般認為蠟乳液對二氧化矽粉體的改性主要依賴納米尺度的蠟微粒子對二氧化矽粒子的表面包覆。由於形成蠟包覆層，加上後期熱歷程，二氧化矽的疏鬆多空的表面結構不會遭到破壞而影響其消光效果。本實驗中我們採用了0.03微米粒徑的蠟乳液，在對消光劑粉體的分散穩定性改善方面有明顯效果，而對消光效果影響不大。而蠟粒子粒徑加大對塗層表面摩擦係數的改變更加明顯，漆膜滑爽性明顯提高。
2、實驗表明，非離子乳化體系在包覆過程中極易與漿液混合均勻，而經後期乾燥加工，表面活性劑未對塗料體系性能產生不良影響。
3 結語
本文採用混配高分子蠟，對乳化體系類型、乳液粒徑等進行優化，開發出針對二氧化矽粉體表面改性的蠟乳液產品。經改進的高分子蠟乳液對二氧化矽粉體消光劑的改性塗覆可以有效提高消光劑在水性體系中的相容性，改善了塗層的滑爽性，對消光效率影響不大。
責任編輯：葉丹