[发明专利]表面改性的二氧化硅和用其使水性体系增稠的方法

说明书

本发明涉及表面改性的二氧化硅，特别是涉及一种用表面活性剂改性的气相法二氧化硅，和用其使水性体系增稠的方法。

亲水及疏水性气相法二氧化硅在涂料工业中均被广泛用来改善流变性，用于流动控制及贮存稳定性，以及用作颜料和填料的抗沉降剂。亲水性气相法二氧化硅制造过程是一种已知的方法，其等级随颗粒及结块尺寸而变化。疏水性二氧化硅可以通过用一种合适的试剂处理气相法二氧化硅而制得，该试剂将根据所需的疏水程度及其它一些特征而变化。典型的处理试剂包括二甲基二氯硅烷、三甲氧基辛基硅烷、六甲基二-硅氮烷以及聚甲基硅氧烷，例如参见CAB-O-SIL^RTreated Fumed Silica Technical Data Sheets forTS-720，TS-610 and TS-530，Cabot Corporation(1991)。

在含有乳化液及水可还原的载体的含水体系中，由于要实现所需的增稠二氧化硅就必须具有较大的浓度，故未处理过的二氧化硅一般是无效的。但是，已经有一些方法通过采用某些物质作为添加剂来改变该体系的性能而增加给定的二氧化硅浓度的增稠能力。例如，在由于固有的化学特性而不能对气相法二氧化硅起反应的体系中，合适的添加剂通常可以促进有效的粘度及触变性控制。例如，参见CAB-O-SIL^RFumed Silica Properties and Functions P22-27(1987)。还可以参见Additives for CAB-O-SIL^Fumed Silica，(1987)。这些体系告诉我们向未处理的二氧化硅分散液中分别加入一些添加剂。

随着环境意识的增加，涂料生产商面临较大的压力以替代传统的溶剂型体系。结果，在这类运用中水性体系的使用增加。尽管亲水性及疏水性二氧化硅在工业规模的溶剂型涂料配方中均得到了运用，但它们在水性配方中的运用则受到一些不良之处的阻扰。举例来说，在水性体系中，要么二氧化硅添加剂必须增加到无法接受的程度，要么该配方不能达到所需的性能。因此，人们需要性能能与溶剂型体系相当的水性体系，并且由此而需要改进的试剂以达到这些结果。

本发明的目的在于提供一种新型的二氧化硅，它是水性涂料以及其它工业运用中的一种通用且有效流变添加剂。其进一步的目的在于提供一种是有效抗沉降剂的新型二氧化硅。

根据本发明，它公开了一种新型改进的二氧化硅，它包括其上连接有一种表面活性剂的气相法二氧化硅。在具体方案中，该二氧化硅典型的特征为其BET表面积为约50m²/g-400m²/g，松密度为10lbs/ft³(磅每立方英尺)或更低，并且该表面活性剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及两性表面活性剂。

在优选的方案中，例如，该二氧化硅具有200m²/g表面积，并且用1％重量的乙二胺的聚氧化烯衍生物处理过。

本发明的其它细节、目的及优点及其制备方法及用途从下面的详细描述中将明显地看到。

本发明提供了其表面上连接有一种表面活性剂的改进的气相法二氧化硅，它可以用于涂料成分中，以增加流变性控制及触变性。

适用于本发明的气相法二氧化硅是那些可以从市场上买到的、其基本特征为链状颗粒结构具有高单位重量表面积的物质。

典型地，用于本发明的气相法二氧化硅具有下列特征：

表面积(m²/g)                 50-400

松密度(lbs/ft³)             2.3-10.0

灼烧损失(1000℃下最大值)     0.5-2.5

二氧化硅含量(％SiO₂，干基)  ＞99.8^*假定球形颗粒，由BET表面积确定。

气相法二氧化硅的制备过程是一种已被许多资料证明的方法，它包括在氢气和氧气的火焰中将四氯化硅蒸汽水解。在燃烧过程中形成二氧化硅熔融小球，小球的直径随工业参数而变化，平均约为7-40毫微米。这些气相法二氧化硅的熔融小球(有时称为初级颗粒)相互配合，形成有三维支链的链状结块，其长度约0.1-0.5微米。快速进行冷却，限制其生长，从而确保气相法二氧化硅是无定形的。这些结块又形成尺寸范围为0.5-44微米(325目)块料。