我们都遇到过非常坚硬、高度交联、机械强度高的涂层系统，但它们有一个主要缺点:在冲击下，它们不灵活且易碎，导致变形和剥落。剩余的未保护衬底不再满足光学方面和其他基本的使用标准，需要更换或修复损坏的物体。

提高冲击强度

在高度交联的粘结剂基体中加入柔性成分可显著提高冲击强度，但交联程度较低。这削弱了系统的网络密度以及表面硬度和耐化学性。与第二微相结合，如分散橡胶或热塑性塑料，可导致显著提高韧性。然而，在这种原位生成颗粒的类型中，在不从根本上改变聚合物基质性质的情况下控制颗粒大小是极其困难的。1

在不损害网络或机械性能的情况下，在高交联的脆性基体中加入一些韧性段是可取的，即生成坚韧、弹性但坚硬的涂层。2

使用硅酮核壳橡胶技术，可以将这些原本矛盾的性能结合起来。本文介绍ALBIDUR的使用®核壳型有机硅弹性体技术在双包环氧树脂体系中的应用及其对涂层力学性能的影响。

这项技术

ALBIDUR技术采用了一种专利工艺，将小的有机硅弹性体颗粒永久地结合在树脂载体中(图1)。3.其特殊之处在于核壳粒子的两相性质。中心是一个硅橡胶核心，促进坚韧，弹性的特点，由外壳包裹。核壳之间不存在共价键;外壳只是物理上固定在核心上。结果表明，固化后漆膜的玻璃化转变温度几乎没有变化。外壳适应于所选的粘结剂基质，此外，具有适当的官能团以连接到涂层的粘结剂基质(图2)。4

由于壳层的选择和相关的稳定性，粒子没有沉降或相分离的倾向。这种特性在固化过程中被保留，因此在未固化和完全固化阶段，所有核壳颗粒都存在统计分布(图3)。由于粘结剂基体内的统计分布，弹性体颗粒确保了均匀的冲击强度。在此过程中，弹性颗粒会像减震器一样吸收大部分外力，从而防止涂层破裂。5

制造过程产生的颗粒尺寸在0.1到大约3微米之间，超过90%的颗粒小于或等于0.3微米(图4)。硅酮弹性体和周围树脂基质的颗粒尺寸和不同的折射率赋予了硅酮弹性体核壳颗粒分散的白色(图5)。

由于这是一项专利平台技术，因此可以升级各种树脂体系，如多元醇、丙烯酸酯或环氧树脂，在使用定制的硅弹性体配方的基础上，成为ALBIDUR。产品无溶剂，可在室温下储存12个月。6

测试方法

用于评估有机硅弹性体颗粒对冲击强度的影响的工业涂料部门的以下与应用相关的测试:

  • 坠落重量冲击试验(DIN EN ISO 6272-1);
  • 多重冲击石屑试验(DIN EN ISO 20567-1)。

样品还进行了进一步的测试，如恒定气候冷凝水测试(DIN EN ISO 6270)和盐雾测试(DIN EN ISO 9227 NSS)。铅笔硬度和埃里克森铅笔硬度还与涂层表面的抗滑动性能一起测定。

试验配方

使用一种简单的环氧树脂配方，由两种基于双酚A的环氧树脂组成(表1)。进一步添加溶剂以降低粘度，并添加润湿添加剂以提高基材的润湿性。在此基础上添加了ALBIDUR产品，该产品由硅酮弹性体颗粒(40%)和双酚A环氧树脂2(60%)组成，用于测试配方。原配方中环氧树脂2的用量因ALBIDUR在配方中引入环氧树脂2的量而减少。因此，在整个测试系列中，两种环氧树脂和溶剂之间的比例保持不变。由于没有进一步添加溶剂，配方中额外的有机硅弹性体颗粒导致固体含量增加。只有当ALBIDUR浓度约为15% w/w时，配方的粘度才会显著增加(图6)。从化学计量学上看，所获得的涂料与改性聚酰胺固化剂交联。

配方中没有添加颜料或填料，以尽可能地消除对涂层性能的副作用和改性引起的变化。

样品制备

用刀将测试涂层涂在未经处理的钢板上，其干膜厚度约为60微米。与喷涂相比，刀涂允许均匀的涂膜厚度，而不依赖于用户。在室温下通风约10分钟，然后在循环空气烘箱中在80℃下干燥和交联30分钟。为了确保所有试样完全固化，在进行力学试验之前，它们在60°C下再条件5天。

冲击强度提高

通过落锤试验和石屑试验研究了其冲击强度特性。在两个测试中都观察到性能的显著改善。

坠落重量冲击测试以1公斤重量进行，并确定坠落高度，超过该高度涂层中可以看到裂纹或剥落。在这种情况下，重量落在试样未涂覆的背面，从而产生“反向冲击”。随着硅弹性体含量的增加，临界滴高度明显上升，从最初的10-15厘米上升到90厘米，没有出现缺陷(图7)。

在配方中使用核壳颗粒时，多冲击石屑测试也显示出积极的结果。这是使用DIN EN ISO 20567-1中描述的测试程序B进行的，其中500g冷却铁砂在规定的压力下在指定的时间内投射到涂层上两次。随着核壳含量的增加，特征值由3提高到1(图8)。

只有在硅酮弹性体颗粒浓度非常高时，硬度才会降低(图9)。在这些较高的浓度下，冲击强度没有进一步提高，在配方中ALBIDUR约为15% w/w(弹性体颗粒含量为6% w/w)时达到最佳水平。在不损害硬度的情况下，可以显著提高冲击强度。

提高耐腐蚀性和附着力

通过进一步的试验研究了弹性体颗粒对其他涂层性能的影响。重要的，广泛使用的耐腐蚀性测试方法是盐雾测试(DIN EN ISO 9227)和恒定气候冷凝水测试(CC测试，DIN EN ISO 6270)。在两次测试中，很明显，ALBIDUR产品的涂层改性可以提供改进。

使用CC测试，将样品暴露在充满水蒸气的温暖(40°C)大气中240小时。所有标本都没有出现水泡、剥落或其他可察觉的光学缺陷。然而，使用交叉孵化试验可以检测到不同标本上粘附性的明显差异。在240 h CC测试后，随着ALBIDUR含量的增加，附着力有所提高(图10)。

盐雾试验，将试样置于中性盐雾中168小时，用于进一步评估耐腐蚀性。它也变得明显，使用有机硅弹性体颗粒的结果改善。随着弹性体颗粒含量的增加，划痕处的脱离量从最初的16mm显著减少到4mm以下(图11)。

减少摩擦

除了上述性能的改善外，固化试样表面的抗滑性能也随着弹性体颗粒数量的增加而降低。滑动阻力是通过测量以规定的速度在涂层表面上平行拉伸规定尺寸和表面的重量所需的力来确定的。即使弹性体颗粒添加量较低，阻力也显著降低。因此，当ALBIDUR含量仅为约2.5%时，抗滑性能从279 cN下降到43 cN，降幅约为85%(图12)。

总结与展望

试验结果表明，采用ALBIDUR技术可以显著改善所研究的涂层性能。随着有机硅弹性体颗粒浓度的增加，其机械冲击强度特性和抗大气影响性能都有所提高。在本系列试验中，配方中硅弹性体颗粒的最佳浓度约为15% w/w。在此浓度下，冲击强度显著提高，涂层硬度无明显损伤。抗冲击性提高了约900%，抗石屑性能也提高了约200%。颗粒浓度的进一步增加不会导致冲击强度性能的进一步提高(图7-8)。CC试验和盐雾试验的结果具有可比性。在这里，通过使用硅酮弹性体颗粒也取得了显著的改进。经CC试验和盐雾试验后，粘结力明显提高。此外，即使使用非常少量的弹性体颗粒，也能明显降低抗滑性能。 In addition to the increase in impact resistance, slide resistance is a further interesting property change stemming from ALBIDUR-technology, which could be used, for example, for coating the inner walls of pipelines.

进一步的研究将检查核壳有机硅弹性体颗粒在着色配方中的行为，并关注系统性能的其他变化，如在低温和高温下的性能。ALBIDUR技术在各种树脂体系中也可用于着色烤漆，2包PUR, uv固化和2包PUR水性涂料体系。

本文原载于《Farbe und Lack》。如需更多信息，请联系fabian.eichenberger@evonik.com。

参考文献

1陈,j .;金洛克,抗干扰;斯派格,美国;聚硅氧烷基核壳粒子改性环氧聚合物的力学性能及增韧机理聚合物2013， 54,4276。

2Heuer, M. Hard and Tough, RADTech Europe 2009。

3.Pyrlik m;《聚硅氧烷分散体》，中国生物医学工程杂志，1989年第2期。

4纳米树脂AG:产品组合ALBIDUR®, 2009年。

5金洛克,a;泰勒,a;默罕默德·r·;Sprenger, S.橡胶增韧和环氧树脂中的纳米颗粒:FRC中的协同作用，2009。

6赢创工业股份公司:TEGO纳米树脂- Perfekter Schutz für makellose Schönheiten, 2014。

作者:Fabian Eichenberger, Marco Heuer和Sascha Herrwerth，博士|赢创工业，埃森，德国