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AEROSIL®在液体和环氧树脂中增稠和触变机理
AEROSIL®在液体体系中是一个理想的增稠剂和触变填料(12)。在非极性体系内,这一效果非常显著。所谓极性是指液体分子间形成氢键的能力。
AEROSIL®的增稠和触变效应可用AEROSIL®微粒在系统内形成三维网络结构来解释。在振动和搅拌作用下,网络结构受到的破坏,破坏的程度取决于应力强度和应力的持续时间,由此体系的粘度也随之降低。当体系静止后,网络结构又得以重新构建,粘度也回复至原值。这一过程的机理图如图1所示。图2解释了触变的概念。 不同AEROSIL®微粒上的硅烃基基团间的相互作用,使得形成了稳定的网络结构。在类似于碳氢化合物或聚二甲基硅氧烷的非极性流体内,AEROSIL®微粒间的氢键作用达到了最大值。
当极性流体分子对硅烃基基团有亲和力时,就会出现AEROSIL®微粒的溶剂化作用和触变网络稳定性的降低现象。正因为此,像乙醇和水这类极性流体的增稠,只能靠加入相对大量的亲水性 AEROSIL®产品来达到。
图1 AEROSIL® 微粒在流体中的剪切变稀作用
图2 触变性即剪切作用期间粘度的降低和静止后粘度的回复(示图)
在许多极性流体内加入特殊类型的AEROSIL®COK84,可以克服这一问题。该产品由AEROSIL®200和AEROXIDE®AluC组成。它在极性系统内也能形成一个分子网络。当然,它的前提是基干带负电荷的AEROSIL®200和带正电荷的AEROXIDE®Alu仁微粒间的相互作用。由于机械力对流体的极性影响甚小,故水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺等可以用AEROSIL®COK84实现触变。
在非极性和弱极性流体内,由于存在少量带羟基团的化合物,可以产生一个协同效应。此时在 AEROSIL®微粒的网络上会产生一个附加的架桥作用。但是,如果用干架桥的物质稍微过量,粘度就会出现下降的情况。在有些系统内,羟基和氨基的存在会促进增稠和触变效应。
对于无溶剂的环氧树脂,由干其分子带有极,性,它不能被亲水性的AEROSIL®所增稠达到最佳状态。当加入某些聚胺后,在其活化期的流变特性会有所降低。最初状态所观察到的粘度上升,是在多功能氨基化合物的作用下,AEROSIL®微粒间会产生额外的作用力而产生并强化的三维分子网络。然而在聚合物分子固化过程中所产生的羟基基团的作用下,亲水性的AEROSIL®微粒会产生溶剂化效应。羟基产生越多,所形成网络的作用越低,粘度和触变性也就越低。
AEROSIL®R202和R805的开发成功,使得环氧树脂可以获得一稳定的增稠和触变性。当加入胺固化剂后,在固化过程中流体的粘度值和触变性能基本保持恒定。
AEROSIL®R202和R805微粒的表面固定着较长链的疏水基团。它们保护AEROSIL®表面剩余的硅烃基基,以防止其被过分润湿。剩余的硅烃基基团和长链疏水基团使AEROSIL®R202和R805的产生增稠和触变性。疏水性AEROSIL®的增稠和触变效应也可以用三维网络来解释。
图3 含5.6% AEROSIL®环氧树脂在未加固化剂和促进剂时(Euredur 250,促进剂为HY960)、含3.8% AEROSIL的树脂在加入固化剂和促进剂后的粘度的降低。点击此处查看全部新闻图片
图3举例表示加入固化剂聚酰胺和促进剂叔胺混合物之前和之后,不同型号的AEROSIL®产品在低粘性活性稀释环氧树脂内的增稠效应。
在用亲水性的AEROSIL®300进行增稠处理的体系下,多数情况下,固化剂与树脂混合物的粘度会降低。而用疏水性的AEROSIL®R202和R805进行增稠处理的系统内,在加工使用期间,固化剂与树脂混合物的粘度保持相对稳定。
测试装置和方法如图3和其他图所示。
用实验室Scm带cowles叶片的高速分散机,将二氧化硅直接加入到环氧树脂中,首先在转速为1000rpm下运行1分钟,二氧化硅被树脂完全润湿,然后,在转速为3000rpm下运行5分钟,完成分散过程。最后对样品的脱泡处理。
在25℃下,将树脂和二氧化硅混合物放置1.5小时后,在25℃、1000rpm转速下,1分钟内加入同样温度已调节到25℃的固化剂。在刚加入固化剂和所定时间里, 用Brook6e,d旋转粘度计在2.5rpm转速下测流体粘度。装置如图4所示。
4 DV-ll型Brookfield旋转粘度计,Brookfield Laboratories,Inc.,240 Cushing St.,Stoughton,MA02072 USA®
资料来源: hc360慧聪网
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