Warum Silikonadditive für Farben und Beschichtungen verwenden?

Nach jahrzehntelanger Entwicklung und mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Innovation der Wissenschaft und Technologie wurden vielfältige funktionale Additive zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Beschichtungen weit verbreitet eingesetzt. Die meisten in Beschichtungen verwendeten Additive sind Tenside, die die Oberflächenspannung von Gas-Flüssig-, Flüssig-Fest- oder Gas-Fest-Grenzflächen reduzieren, um Effekte wie Verlauf, Entlüftung, Dispergierung und verbesserte Haftung zu erzielen. Warum also Silikonadditive für Farben und Beschichtungen verwenden?

Änderungen des Silikongehalts und der relativen Molekülmasse des Silikonmoleküls können den Kompatibilitätsbereich des Additivs mit den Beschichtungsbindemittelsystemen verändern und so den Dispergierzustand des Additivs im System beeinflussen.

Silikonverbindungen weisen eine sehr niedrige Oberflächenspannung und eine hohe Oberflächenaktivität auf, wodurch sie zur Steigerung der Produktivität von Beschichtungen, zur Oberflächenmodifikation und zur Verhinderung verschiedener Lackfilmmängel eingesetzt werden können. Silikonlackadditive sind wichtige Vertreter von Beschichtungshilfsmitteln mit vielfältigen Vorteilen und einem breiten Anwendungsspektrum in Beschichtungssystemen.

Entsprechend den unterschiedlichen Leistungsanforderungen verschiedener Beschichtungssysteme bezüglich Verlauf, Haptik, Wiederbeschichtbarkeit, Benetzung, Feuchtigkeitsbeständigkeit usw. können Silikonlackadditive in Silikonnetzmittel, Verlaufmittel, Entschäumer, Haftvermittler, verschleißfeste Hilfsmittel und weitere unterteilt werden, die weit verbreitet in der Herstellung von Farben, Beschichtungen, Druckfarben, Grundierungen, Pulverlacken, Überdrucklacken etc. eingesetzt werden.

Here’Weitere Informationen dazu:

• Welche Arten von Silikonadditiven gibt es?
• Silikonadditive als Beschichtungsverlaufmittel
• Silikonadditive als Beschichtungsentlüfter
• Silikonadditive als Substrat-Netzmittel
• Silikonadditive als verschleißfeste Additive
• Silikonadditive zur Harzmodifikation von Beschichtungen
• Silikonadditive als Haftvermittler
• Wie stellt man Silikonbeschichtungsadditive her?

1. Welche Arten von Silikonadditiven gibt es?

Silikonadditive für Beschichtungssysteme werden nach der chemischen Zusammensetzung in Silane und Silikonöle unterteilt. Silane sind hauptsächlich einige kleinmolekulare Verbindungen, die in Beschichtungen hauptsächlich als Haftvermittler, Vernetzer und Dispergiermittel eingesetzt werden. Silikonöladditive bestehen hauptsächlich aus modifiziertem Silikonöl. Durch Einstellen des relativen Molekulargewichts der Additive, des Typs und Gehalts der modifizierten Gruppe R sowie des Typs der funktionellen Endgruppe lassen sich Additive mit vielen verschiedenen Eigenschaften erhalten.

2. Silikonadditive als Beschichtungsverlaufmittel

(1) Was sind Silikonbeschichtungsverlaufsmittel?

Die Struktur von Verlaufsmitteln für Beschichtungen besteht im Allgemeinen aus zwei Teilen: Kettensegmenten, die mit dem System kompatibel sind, und Kettensegmenten, die mit dem System nicht kompatibel sind und eine niedrige Oberflächenspannung aufweisen. Während des Lackfilmbildungsprozesses wandern die Silikonlackadditive aufgrund der Trennung und Migration der nicht kompatiblen Kettensegmente mit niedriger Oberflächenspannung spontan an die Oberfläche des Beschichtungssystems und bilden einen einlagigen Molekülfilm. Dadurch wird eine gleichmäßige Oberflächenspannung für das System bereitgestellt und verschiedene Oberflächendefekte des Lackfilms, die durch einen Oberflächenspannungsgradienten verursacht werden, werden beseitigt. Manchmal kann eine recht deutliche Verformung der Oberflächentextur auftreten. Die Beschichtung zeigt einen nicht optimalen Fluss,–oft beschrieben als Orangenhaut.

Silikonverlaufsmittel sind eine wichtige Klasse von Beschichtungsverlaufsmitteln. Im Allgemeinen kann Polydimethylsiloxan mit niedrigem relativen Molekulargewicht (<5.000) als Verlaufsmittel verwendet werden. Derzeit sind die in Beschichtungen weit verbreiteten Silikonverlaufsmittel verschiedene modifizierte Silikonöle. Je nach Art der Modifikation gibt es hauptsächlich Polyether-modifiziertes Silikonöl, Polyester-modifiziertes Silikonöl, Phenyl-modifiziertes Silikonöl, Alkyl-modifiziertes Silikonöl, Phenyl-Alkyl-co-modifiziertes Silikonöl und Alkyl-Polyether-co-modifiziertes Silikonöl usw. Polyether-modifiziertes Silikonöl kann aufgrund seiner Struktur in einem weiten Bereich angepasst werden, seine Leistung kann viele verschiedene Anforderungen abdecken, was die Hauptsorte von Silikonverlaufsmitteln derzeit ist.

XJY-701 Polymethylhydrosiloxan ist eine Art hochmolekulares organisches Synthesematerial mit einer allgemeinen chemischen Struktur, das als Beschichtungsverlaufsmittel verwendet werden kann.

(2) Wie wählt man ein Silikonverlaufsmittel aus?

Wenn das Verlaufsmittel in einem Hochtemperatursystem (wie Einbrennlack) verwendet werden muss, zersetzt es sich aufgrund der niedrigen Zersetzungstemperatur von Polyether leicht im Gebrauch, was zu einigen Oberflächendefekten des Lackfilms führen wird, wie schlechtes Überlackieren, Kraterbildung und so weiter. Dann ist es notwendig, modifiziertes Silikonöl zu wählen, das hitzebeständige Gruppen enthält (wie Alkyl-modifiziertes Silikon, Phenyl-modifiziertes Silikon und Polyester-modifiziertes Silikon usw.). Im Vergleich dazu hat Alkyl-modifiziertes Silikonöl zusätzlich zum Verlaufseffekt auch eine gute Entschäumungswirkung, aber seine Kompatibilität ist nicht gut, normalerweise nicht geeignet für Klarlacke. Phenylsilikonflüssigkeiten und Polyester-modifizierte Silikonflüssigkeiten sind kompatibler und sind geeignet für den Einsatz in Hochtemperatur-Klarlacksystemen und bieten dabei ausgezeichnete Kompatibilität und Hitzestabilität. Mit der Technologieentwicklung sind kürzlich einige Verlaufsmittel auf Silikon- und Acrylat-Basis erschienen. Diese Art von Verlaufsmittel vereint gleichzeitig die Vorteile beider, sowohl ausgezeichnete Vor- als auch Nachverlaufseffekte. Je nach chemischer Struktur kann es in Acrylat-modifizierte Silikonverlaufsmittel (Silikon ist die Hauptkette, Acrylat ist die Seitenkette) und Silikon-modifiziertes Acrylat in zwei Typen unterteilt werden. Silikon-modifizierte Acrylatverlaufsmittel können nicht nur den Verlaufseffekt bieten, sondern auch nebenbei einen Schmutzabweisungseffekt.

3. Silikonadditive als Beschichtungsentlüfter

Als Entschäumer für Beschichtungen ist es normalerweise notwendig, eine sehr viel niedrigere Oberflächenspannung als das Anwendungssystem zu haben und gleichzeitig mit dem Anwendungssystem inkompatibel zu sein. Silikone werden aufgrund ihrer niedrigpolaren Struktur und Inkompatibilität mit den meisten Lackharzsystemen weit verbreitet als Rohstoffe für Lackentschäumer eingesetzt.

Normalerweise kann Polydimethylsiloxan mit einem relativen Molekulargewicht (10.000~100.000) als Beschichtungs-Entschäumer verwendet werden. Derzeit wird diese Art von Entschäumer weit verbreitet in Systemen wie Schwerkorrosionsschutz eingesetzt. Um die Entschäumungseffizienz zu verbessern, kann man auch etwas Siliciumdioxid als synergistische Komponente hinzufügen. Darüber hinaus hat Silikon aufgrund der hohen Entschäumungseffizienz gute Ergebnisse bei sehr niedrigen Mengen an Silikonlackadditiven. Um die Zugabe zu erleichtern, wird Silikonentschäumer normalerweise als Lösung mit niedrigerer Konzentration hergestellt, um den Anforderungen der tatsächlichen Produktion gerecht zu werden.

XJY-702 Methylhydrosiloxan/Dimethylsiloxan-Copolymer kann unter Katalysatoreinwirkung mit Doppelbindungen, Hydroxyl- und anderen Gruppen reagieren, was das Grundmaterial von Verlaufsmitteln, Entschäumern, wasserlöslichem Silikonöl und anderen Produkten ist. Zusätzlich zu den Eigenschaften von Dimethicon kann dieses Produkt aufgrund des Vorhandenseins von aktivem Wasserstoff Additions- und Vernetzungsreaktionen eingehen.

Die XJY-8205 Serie Silikon-Methyl-MQ-Harz ist ein festes Pulverharz mit guter Entschäumungs- und Schaumverhütungsleistung und kann dem Lösungsmittel zugesetzt werden, um als Entschäumer zu wirken.

In wässrigen Beschichtungssystemen ist aufgrund der hohen Polarität von wasserbasierten Harzen die Kompatibilität von konventionellem Polydimethylsiloxan mit dem System begrenzt und es ist schwierig, es direkt als Entschäumer zu verwenden. Normalerweise ist es notwendig, Polydimethylsiloxan mit Polyether zu modifizieren, insbesondere bei der Anwendung in Hochglanzsystemen. Normalerweise gilt: Je höher der Grad der Polyethermodifikation, desto besser die Kompatibilität, aber die Entschäumungswirkung nimmt ebenfalls ab. Allgemein muss basierend auf der Leichtigkeit der Entschäumung des Systems der geeignete Modifikationsgrad ausgewählt werden, um den Bedingungen der Entschäumungsfähigkeit gerecht zu werden. Je niedriger der Siliziumgehalt, desto besser.

4. Silikonadditive als Substratnetzmittel

In einem wässrigen System ist aufgrund der zu großen Oberflächenspannung von Wasser das schnelle Benetzen des Substrats (insbesondere von Substraten mit niedriger Oberflächenspannung) schwieriger. Daher ist in wässrigen Beschichtungssystemen der Einsatz von Substratbenetzungsmitteln besonders wichtig. Silikon-Substratbenetzungsmittel werden aufgrund ihrer breiten Anwendbarkeit weit verbreitet in wässrigen Beschichtungssystemen eingesetzt.

Substrate wetting agent is actually a special class of Polyether-modified silicone oils, whose relative molecular mass is usually very small. Since the rapid wetting of the substrate is a dynamic process, and in accordance with the principles of physical chemistry, the wetting agent’s principle of action is to reduce the surface tension of the system by rapidly migrating to the surface of the system, so as to achieve the effect of substrate wetting. According to the viewpoint of molecular kinematics, the migration speed of molecules depends on the relative molecular mass to a large extent, and the smaller the relative molecular mass is, the faster the migration speed is. Therefore, the relative molecular mass of the smaller Polyether-modified silicone oil is often used as substrate wetting agent for aqueous systems.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass als Substratbenetzungsmittel Polyether-modifiziertes Silikonöl in wässrigen Systemen verwendet wird. Aufgrund seiner speziellen Struktur kann die Silikonkette vollständig gestreckt werden, wodurch eine große Anzahl von -CH3-Gruppen nach außen gestreckt wird, was die Oberflächenspannung des Systems erheblich verringert. Normalerweise kann Polyether-modifiziertes Silikonöl mit hohem relativen Molekulargewicht in einem wässrigen System die Oberflächenspannung nur auf 25~26 N/m reduzieren, während kleinmolekulare Substratbenetzungsmittel die Oberflächenspannung normalerweise auf unter 22 N/m reduzieren können, am niedrigsten auf 20~21 N/m. Eine so niedrige Oberflächenspannung ermöglicht es, dass wässrige Beschichtungen mit zugesetztem Substratbenetzungsmittel die meisten Substrate mit niedriger Oberflächenspannung benetzen können und sogar PTFE-Substrate benetzen. Gleichzeitig kann das Substratbenetzungsmittel, da es die Oberflächenspannung des wässrigen Systems auf einen sehr niedrigen Grad reduzieren kann, dem System eine gute Kraterungsbeständigkeit und einen guten Zerstäubungseffekt während des Sprühens verleihen.

Aufgrund des kleinen relativen Molekulargewichts des Substratbenetzungsmittels ist sein Silikonkettensegment sehr kurz, daher kann es dem Lackfilm keine Oberflächenglätte verleihen (normalerweise von langen Silikonkettensegmenten). Wenn die Gleitfähigkeit des Lackfilms erforderlich ist, wird das Substratbenetzungsmittel normalerweise mit einem Silikonverlaufsmittel mit hohem relativem Molekulargewicht kombiniert verwendet. Dies ist auch der Unterschied zwischen dem Substratbenetzungsmittel und dem gewöhnlichen Silikonverlaufsmittel.

5. Silikonadditive als verschleißfeste Additive

Für Systeme, die Abriebfestigkeit erfordern, ist neben der Erhöhung der Vernetzungsdichte aus Harzperspektive auch der Zusatz von Additiven eine gängige Methode. Üblich sind ultrahochmolekulare Silikonmikrokugeln, ultrahochmolekulare Silikonemulsionen und Silikonnano-Modifikatoren.

Ultrahochmolekulare verschleißfeste Silikonmikrokugeln weisen in der Dispersion von hochmolekularem Polysiloxan eine leicht vernetzte Struktur auf, mikroskopisch sind sie kugelförmig. Nach Zugabe zum System richten sie sich letztlich auf der Oberfläche der Lackschicht aus und bilden eine Polysiloxan-Schicht, wodurch das System ausgezeichnete Gleitfähigkeit und Oberflächenabriebfestigkeit erhält. In wässrigen Beschichtungssystemen sind neben Silikonmikrokugeln auch ultrahochmolekulare Silikonemulsionen eine häufig verwendete Klasse von Verschleißschutzadditiven, die üblicherweise durch Polymerisation von Silikonemulsionen gewonnen werden. Die Viskosität der inneren Phase ist extrem hoch, das relative Molekulargewicht kann Millionen erreichen. Nach Zugabe zum System bildet sich beim Filmbildungsprozess eine ultrahochmolekulare Silikonschicht auf der Oberfläche, wodurch die abriebfeste Wirkung der Lackschicht verbessert wird.

XJY-801 Polymethylsilsesquioxan PMSQ kann als verschleißfestes Modifikationsmaterial verwendet werden, um Schmierung, Kratzfestigkeit, Dispergierbarkeit und Hydrophobie zu verbessern; Polymethylsiloxanpulver eignet sich für Beschichtungen und Druckfarben mit hoher Wärmebeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit, mit guter Zähigkeit und Kratzfestigkeit. Es lässt sich leichter dispergieren, setzt sich weniger leicht ab und hat bei Kombination mit Beschichtungen eine bessere Haftung. Es verfügt über ein besonders feines Griffgefühl und kann eine hochwertigere Oberflächenbeschichtung bilden.

6. Silikonadditive zur Harzmodifikation von Beschichtungen

Silikonmaterialien weisen normalerweise einige besondere Eigenschaften auf, wie Oberflächenglätte, Verschleißfestigkeit, Witterungsbeständigkeit, Tieftemperaturflexibilität und andere Eigenschaften. Durch Zugabe einiger Silikonelastomermaterialien mit reaktiven funktionellen Gruppen als modifizierende Additive können Silikonkettensegmente in das Harzsystem eingebracht werden, um so die hervorragenden Eigenschaften von Silikonmaterialien in das Beschichtungssystem zu integrieren.

Silikonmaterialien zur Harzmodifikation verfügen über verschiedene funktionelle Gruppen und sind üblicherweise Silikonpolymere mit reaktiven Gruppen an beiden Enden. Silikonmaterialien mit Kohlenstoffhydroxylgruppen reagieren normalerweise besser mit Polyurethanmaterialien und können zur Modifikation von Polyester- oder Polyurethanharzen verwendet werden; Silikonmaterialien mit Epoxidgruppen eignen sich zur Modifikation von Epoxidharzen; Silikonmaterialien mit Acryladdoppelbindungen an beiden Enden können zur Modifikation von gehärtetem Kautschuk eingesetzt werden; Silikonmaterialien mit Acryladdoppelbindungen eignen sich zur Synthese silikonmodifizierter Emulsionen; Silikonmaterialien mit Aminogruppen können für einige hochwertige Anwendungen als silikonmodifizierte Polyimidharz-Synthese dienen; Silikonmaterialien mit Carboxylgruppen können als Pulverlackharzmodifikation eingesetzt werden und an der Reaktion teilnehmen.

7. Silikonadditive als Haftvermittler

Silanhaftvermittler werden seit langem in lösemittelhaltigen Beschichtungssystemen mit Substraten wie Glas, Keramik, Zinkmetall, Eisenmetall, gehärtetem Kautschuk und einigen Kunststoffsystemen eingesetzt.

Die Alkoxygruppe im Silan reagiert mit einer geringen Menge Wasser im System unter Bildung einer Silanolgruppe, die mit der Hydroxylgruppe auf der Substratoberfläche reagiert und eine starke Adsorptionsschicht bildet. Die im Silan enthaltene R-Gruppe enthält reaktive Gruppen (Amino, Epoxy, Methacryloyl etc., für verschiedene Harzsysteme), die während der Vernetzung chemisch mit dem Harzsystem verbunden werden können. Dies bietet einen starken Brückeneffekt zwischen Harz und Substrat, wodurch die Haftung erheblich verbessert wird. Wie im lösemittelhaltigen Beschichtungssystem kann Silan auch in wässrigen Beschichtungssystemen als Haftvermittler bei Anwendung auf Glas, Keramik sowie einigen Metall- und Kunststoffsubstraten eingesetzt werden.

Im Gegensatz zu lösemittelhaltigen Systemen wird Silanhaftvermittler, der normalerweise für lösemittelhaltige Systeme geeignet ist, im wässrigen System (da Wasser als Dispergiermedium dient) jedoch zu schnell hydrolysiert und unwirksam, sodass er nur an der Baustelle zugesetzt werden kann. Für wässrige Beschichtungssysteme geeignete Silane wurden auf Basis der Eigenschaften wässriger Systeme entwickelt. Durch Anpassung der Größe der R-Gruppe in der Silanstruktur wird die Hydrolysegeschwindigkeit des Silans durch den sterischen Effekt der R-Gruppe beeinflusst, sodass der Hydrolysezyklus des Silans mit dem Nutzungszyklus der wässrigen Beschichtungen synchronisiert und die Lagerstabilität der wässrigen Beschichtungen verbessert wird.

8. Wie werden Silikonbeschichtungsadditive hergestellt?

Silikonbeschichtungsadditive sind eine derzeit weit verbreitete Art chemischer Zusatzstoffe in der Lackindustrie. Sie verfügen über einzigartige Eigenschaften und Vielseitigkeit, die die Leistung und Qualität von Beschichtungen signifikant verbessern und die Beschichtungsoberfläche vor verschiedenen Umwelteinflüssen schützen können. Wie wählt man also Silikonadditive aus, um Ihre Produkte im Markt wettbewerbsfähiger zu machen?

XJY Silikone ist einer der führenden Silikon MQ-Harz und VMQ-Silikon Hersteller in China, mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in Forschung, Entwicklung und Herstellung in der Silikonindustrie sowie mehr als 15 Patenten und technischer Unterstützung. Unser Silikon-Rohstoffprodukte kann die Anforderungen verschiedener Anwendungen erfüllen Additive für Beschichtungen und unterstützen die Bereitstellung diversifizierter maßgeschneiderter Lösungen.

• XJY-701 Polymethylhydrosiloxan als Verlaufmittel für Silikonharzbeschichtungen;
• XJY-801 Polymethylhydrosiloxan (Kugelförmiges Silikonharzpulver) als Abrieb- und Korrosionsschutzmittel;
• XJY-8205 MQ Resin Powder/Silicone Methyl MQ Resin can be used as a defoamer agent.