1、氣相二氧化硅能為膠粘劑和密封膠提供各種優(yōu)勢

配方設(shè)計(jì)師用粒子來增強(qiáng)膠粘劑和密封膠產(chǎn)品使用的現(xiàn)有聚合物基質(zhì)的功能。氣相二氧化硅通常用作流變控制添加劑來提供抗流掛性、防止填料沉降和剪切變稀黏度。通用術(shù)語“氣相二氧化硅”定義了具有不同表面化學(xué)性質(zhì)的一系列產(chǎn)品——從親水性到疏水性。這些產(chǎn)品與聚合物體系具有不同相容性，從而能使配方設(shè)計(jì)師微調(diào)流變性能。

通過控制顆粒 - 顆粒間的相互作用和顆粒—基質(zhì)間的界面粘附性，在同一時(shí)間，配方設(shè)計(jì)師可以增強(qiáng)涂膜的粘彈性反應(yīng)或固化系統(tǒng)的材料性能。這種相互作用提供了一種牢固結(jié)合加入的硬質(zhì)材料的方法，它們能延長斷裂的路徑，并且在界面結(jié)合處耗散能量1。這些性能能使涂膜和固體增強(qiáng)。

除了在流變性控制方面有文件記載的益處外，氣相二氧化硅也可以增強(qiáng)固化的膠粘劑的強(qiáng)度。以下是三個例子，其中氣相二氧化硅能增強(qiáng)聚合物的強(qiáng)度，從而得到更高性能的膠粘劑或密封膠。

2、甲硅烷基封端的透明聚合物

在DIY市場，客戶更喜歡高清晰度的甲硅烷基封端的透明聚合物（STP）膠粘劑和密封膠。在歐洲，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家已改用透明包裝，以突出這一優(yōu)勢。添加劑如蠟、粘土和碳酸鈣通常用于流變控制和增強(qiáng)STP膠粘劑和密封膠的強(qiáng)度。這些增強(qiáng)助劑的選擇通常會導(dǎo)致不透明的產(chǎn)品，因?yàn)檫@些產(chǎn)品的折射指數(shù)與基質(zhì)不匹配。相比之下，氣相二氧化硅的折射指數(shù)與這些產(chǎn)品中通常使用的透明聚合物非常匹配。氣相二氧化硅被廣泛使用來增強(qiáng)透明STP膠粘劑和密封膠的強(qiáng)度。

配方設(shè)計(jì)師在濕固化體系如STP或聚氨酯中使用親水性氣相二氧化硅，由于親水性二氧化硅有較大的水吸附能力，他們必須解決這些體系過早固化的問題。有幾種選擇來解決這一問題，包括增加工藝步驟（例如預(yù)干燥親水性二氧化硅或者在混料過程中通過加熱和抽真空來除去水份），或添加其他的組分（例如化學(xué)干燥劑）。一種更好的選擇是用疏水性二氧化硅來代替親水性二氧化硅，這樣可以大大減少或消除這些額外的工藝步驟。

在含有MS聚合物SAX400甲硅烷基封端的聚醚、鄰苯二甲酸二異壬酯和有機(jī)錫催化劑的典型配方中加入兩種疏水性氣相二氧化硅添加劑。在該體系中能清楚地觀察到氣相二氧化硅表面化學(xué)性能對流變性的影響。疏水性較弱的氣相二氧化硅添加劑具有較強(qiáng)的顆粒-基質(zhì)間的相互作用，能提供牛頓型流變性。與此相反，疏水性較強(qiáng)的氣相二氧化硅添加劑具有較弱的顆粒-基質(zhì)間相互作用，因而顆粒與顆粒間的相互作用更強(qiáng)，能提供觸變型的流變性，導(dǎo)致體系具有屈服應(yīng)力或抗流掛性和剪切變稀的黏度。

使用這兩種氣相二氧化硅中的任何一種，都會導(dǎo)致顆粒-基質(zhì)間的相互作用增強(qiáng)，從而能提高體系的拉伸強(qiáng)度，斷裂時(shí)的伸長率增加超過了3倍。隨著氣相二氧化硅添加量的增加，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都增加，但是使用非常高添加量的二氧化硅要受到限制，因?yàn)轲ざ纫矔鄳?yīng)增加。

3、單組份聚氨酯

與其他流變控制添加劑相比，在相同質(zhì)量添加量的基準(zhǔn)上，高比表面積的炭黑和氣相二氧化硅作為增強(qiáng)劑都更有效。炭黑是用來增加黏度、提供抗流掛性，并提高汽車擋風(fēng)玻璃膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度。包覆的沉淀碳酸鈣（PCCs）用于STP和聚氨酯膠粘劑和密封膠的流變性控制。帶有疏水性涂層的那些沉淀碳酸鈣（PCCs）（例如脂肪酸或硬脂酸），確實(shí)能在聚氨酯體系中得到剪切變稀的流變性，額外的益處是適度增加粘接強(qiáng)度。

濕固化單組分聚氨酯膠粘劑的搭接剪切強(qiáng)度的增加，該體系是由NCO含量<2%的聚氨酯預(yù)聚物、鄰苯二甲酸二異壬酯增塑劑、研磨過的碳酸鈣填料和有機(jī)錫催化劑組成，同時(shí)添加疏水性氣相二氧化硅或包覆的沉淀碳酸鈣（PCCs）。

在相同質(zhì)量的基礎(chǔ)上，在該體系中，處理過的氣相二氧化硅能提供比沉淀碳酸鈣（PCC）明顯更強(qiáng)的粘接強(qiáng)度。在較低添加量時(shí)加入，氣相二氧化硅具有比碳酸鈣更低的比重，從而對膠粘劑的質(zhì)量的貢獻(xiàn)大大降低，這在應(yīng)用時(shí)是有益處的，因?yàn)槟z粘劑的質(zhì)量也是一個問題（例如汽車輕量化）。

4、壓敏

氣相二氧化硅聚集體通常被用來改善由天然橡膠、聚氯丁二烯、丙烯酸酯和許多其他水性膠乳乳液形成的膜的加工過程和性能特征。這些亞微米級高比表面積的顆粒可以減少干燥時(shí)間，通過調(diào)節(jié)毛細(xì)管壓力而減輕裂紋的形成，并提高最終產(chǎn)品的機(jī)械性能。預(yù)分散的氣相金屬氧化物為將這些粒子加入到膠粘劑膜中提供了簡單而有效的“傾入”方法。

由于加入了這種高度分散的氣相二氧化硅，已經(jīng)觀察到水性壓敏膠粘劑（PSA）的內(nèi)聚剪切強(qiáng)度和熱機(jī)械性能有了顯著改進(jìn)。為PSA用途配制了氣相二氧化硅含量范圍為0?15％（質(zhì)量比）（干質(zhì)量）的水性丙烯酸乳液，制備了這些膠粘劑的漆膜。

將乳液刮涂在Mylar背襯材料上形成涂膜，將濕膜在?110℃的烘箱中干燥20～40分鐘。將干膜在室溫下冷卻，背面襯上涂過蠟的粘性處理紙，在控制的速率下用17磅的重量滾軋，然后在測試前在常溫下放置24小時(shí)。干膜的干膜厚度（DFT）為1～1.3微米。

在雙排、8位剪切烘箱中測量膜的剪切強(qiáng)度與剪切力（1.1?4.4psi）和溫度（室溫至100℃）的關(guān)系。通常評價(jià)刮涂得到的四個或者更多個膠粘劑樣品，得到失效時(shí)間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差約為15％或更低。計(jì)算膜剪切強(qiáng)度的增強(qiáng)時(shí)，以沒有用粒子增強(qiáng)的膜的平均失效時(shí)間為基準(zhǔn)來計(jì)算的膜的平均失效時(shí)間來表示。

當(dāng)氣相二氧化硅的用量低至百分之幾（質(zhì)量比）時(shí)，剪切測量顯示剪切強(qiáng)度有顯著的增加。例如，在室溫評價(jià)時(shí)，在4％（質(zhì)量比）的添加量時(shí)，膠粘劑的剪切強(qiáng)度增加8～20倍，這取決于剪切力。在更高的添加量％（如8～15％）和較高的溫度（如100℃）時(shí)，剪切強(qiáng)度隨氣相二氧化硅添加量的增加，結(jié)果是更加驚人。與沒有用粒子增強(qiáng)的膜相比，粘接剪切強(qiáng)度通常會增加千余倍。目前正在研究，通過添加氣相二氧化硅分散體導(dǎo)致這些膠粘劑膜中化學(xué)鍵的形成情況，因?yàn)檫@種增強(qiáng)的水平是出乎意料的。不管剪切強(qiáng)度增強(qiáng)的來源是什么，薄膜的內(nèi)聚強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。

也對用和不用氣相二氧化硅增強(qiáng)的PSA薄膜的剝離強(qiáng)度進(jìn)行了評價(jià)（用化學(xué)儀器公司的粘接/釋放的AR-1000剝離測試儀進(jìn)行測量）。以控制的速率采用7磅的力將10×1英寸的膠粘劑條帶滾軋到不銹鋼粘附物上；從滾軋結(jié)束到剝離試驗(yàn)之間的時(shí)間間隔為1分鐘。剝離強(qiáng)度的下降隨氣相二氧化硅加量的增加關(guān)系相當(dāng)緩和：在0～4％（質(zhì)量比）氣相二氧化硅的范圍內(nèi)，剝離強(qiáng)度線性下降為其初始值的～75％。在4～8％（質(zhì)量比）氣相二氧化硅時(shí)，觀察到剝離強(qiáng)度沒有進(jìn)一步降低。

對于需要通過添加增粘劑來提高粘附力的產(chǎn)品，通過添加氣相二氧化硅導(dǎo)致的增強(qiáng)顯示，完全超過了補(bǔ)償因增粘劑的加入（例如，Tacolyn3509）而下降的剪切強(qiáng)度。使用普通量的增粘劑導(dǎo)致的剪切強(qiáng)度下降20％～40％，通過使用2％～4％（質(zhì)量比）的氣相二氧化硅增強(qiáng)，很容易將前面的下降值恢復(fù)。