在涂料、油墨等產品體系中，流變性能是一個非常關鍵的性能指標，直接影響到施工性能及儲存穩定性等性能以及涂層或印刷層的表面光滑度。例如，當涂料施于基材的立面時，由于重力作用會向下流動，若涂料的流變性能差，則在涂膜的表面產生不同程度的流掛現象；又例如，涂料在貯存過程中，若流變性能較差，體系粘度較低，顏、填料顆粒容易發生沉降，導致顏色不均和存儲穩定性差。因此，為了更好地解決涂料及油墨等產品體系在加工、儲存等環節遇到的問題，流變助劑的應用必不可少。

流變助劑是一類涂料的流變控制劑，它能使涂料具有觸變性，在涂料配方中分散后，可提高涂料的粘度，從而改善溶劑型涂料、油墨的加工、存儲穩定性。目前，流變助劑種類繁多，包括氣相法二氧化硅、聚脲聚氨酯、 聚酰胺蠟、締合型堿溶脹增稠劑、締合型聚氨酯等，其中氣相法二氧化硅作為無機物，具有穩定性好、對溫度，助溶劑的選擇不敏感、使用簡單、無需活化等優點，成為了溶劑型涂料里面常用的流變助劑之一。

氣相二氧化硅作為流變助劑的作用機理

氣相二氧化硅，俗稱氣相法白炭黑，是由硅的鹵化物在氫氧火焰中高溫水解生成的帶有表面羥基和吸附水的無定形的納米級非金屬氧化物顆粒，常態下為白色絮狀粉末，具有粒徑小、比表面積大、基本粒子不以單獨粒子出現的特點。

氣相法二氧化硅制備（來源：網絡）

由于未處理的氣相二氧化硅表面含有的大量羥基，經分散后其在油性體系中極易通過相互間的氫鍵締合形成均勻的三維網狀結構，能夠增加涂料粘度，從而粘附于粒徑較大的輔料顆粒表面。而又由于這種三維網狀結構之間的氫鍵是脆弱的，受到機械剪切力作用時會被輕易破壞，使涂料粘度下降，恢復良好的流動性；當剪切力消除后，三維結構（氫鍵）會自行恢復，涂料粘度上升。基于這一特性，氣相二氧化硅能夠賦予油性涂料，尤其是厚漿型涂料非常好的貯存性能和施工性能，既能保證涂料在一定的施工剪切力下有良好的的流動性，又能保證涂膜的一次施工厚度。

以氫為橋梁的結構

形成可逆性的網絡結構（來源： 硅碳鼠）

如何充分發揮氣相二氧化硅流變劑的作用？

氣相二氧化硅在涂料的應用中主要受到涂料體系極性、氣相二氧化硅分散程度、涂料中其他能成氫鍵物質的影響，因此要充分發揮氣相二氧化硅作為流變助劑的作用，可從以下方面出發：

1、溶液體系的選擇及氣相二氧化硅的處理

氣相二氧化硅的獨特表面化學決定了它在涂料系統中的性能表現，由于二氧化硅表面約40%被羥基覆蓋，未處理過的氣相二氧化硅表面呈現出較強的親水性，這導致在極性溶劑中液體的分子和二氧化硅顆粒間吸引力增大，很難形成疏松的網絡結構，無法充分發揮流變助劑的作用，因此，未處理型氣相二氧化硅一般在非極性涂料中的應用效果最好。

親水性氣相二氧化硅（來源：敬益新材料）

而對于極性涂料，通常可利用親水型氣相二氧化硅與活性硅烷(例如氯硅烷、六甲基二硅氮烷等)發生化學反應而制得疏水性的氣相二氧化硅。這種疏水性的二氧化硅表面連接不水解的甲基基團而呈疏水性，在極性體系中不會與水分子發生作用，并可通過甲基基團之間存在的氫鍵作用，在涂料中形成疏松的三維網絡結構，而實現體系的增稠。一般來說，隨著涂料體系的極性增強，需要選擇疏水化程度更高的氣相二氧化硅以實現較好的流變效果。

疏水性氣相二氧化硅（來源：敬益新材料）

2、氣相二氧化硅的分散

要發揮氣相二氧化硅流變助劑的優異性能，其分散環節至關重要。同擦好難過氣相二氧化硅隨著表面積增加，表面所含的活性基團也會增加，氣相二氧化硅的流變控制能力會提高，但這也導致了其更容易發生團聚現象，反而降低了其流變性能，因此只有當氣相二氧化硅充分分散于涂料體系時，方可實現其最佳的流變性能。一般來說，氣相二氧化硅需要分散至細度為8~33微米，以獲得最大效率。如果分散不足，二氧化硅網絡不能充分建成。為達到理想的分散細度，可通過延長時間，并提供合適的剪切力實現，通常，親水氣硅的分散線速度需達10m/s以上，而疏水氣硅則需達到15m/s以上。

3、確保與涂料配方的兼容性

涂料配方復雜，除了含有溶劑、填料等主要成分外，還含有很多能和氣相二氧化硅相互作用的物質，這些物質或者提高、或者降低二氧化硅進行流變控制的能力。一般來說，許多作為分散劑或潤濕劑使用的物質能夠提高氣相二氧化硅的效率，這些物質經常帶有多個成氫鍵點，例如羥基、羧基或氨基。但任何只帶有單一成氫鍵點的物質都會降低氣相二氧化硅的效率，因此，為確保使用效果，在使用氣相法二氧化硅作為流變助劑時，需確保與涂料配方的兼容性，也可與其他流變助劑（如增稠劑、分散劑等）協同使用，以達到最佳的流變效果。

4、控制添加量

氣相二氧化硅作為流變助劑，過少可能無法達到預期的流變效果，過多則可能導致涂料過于粘稠或產生其他不良影響，一般來說，若側重防沉降效果，則可添加約 0.5 – 1.0wt%的添加量，若要達到流變控制、觸變效果，則添加量約為 1.0 – 1.5wt%，而要應用于高膜厚涂層抗流掛，則可將添加量提高至約 1.5 – 2wt% 。

參考文獻：

1、Tami新材料.《氣相二氧化硅在涂料中的應用測試報告》

2、瓦克化學中國.《技術分享 | 與水性涂料百搭的HDK氣相二氧化硅如何提高抗流掛性能》

3、楗橋洞察.《氣相二氧化硅在印刷油墨中的應用介紹》

4、敬益新材料.《怎么區分疏水和親水氣相二氧化硅，看這里就夠了!!》

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