Силаны — модификаторы пигментов и наполнителей

Общая формула силанов (RO)₃Si(CH₂)_n—X, где RO — гидролизуемые группы, например метокси-, этокси-; X — амино-, метакрилокси-, глицидоксигруппы и др.

Механизм взаимодействия силанов с неорганической поверхностью заключается в том, что алкоксигруппы гидролизуются в водном или водно-спиртовом растворе с получением ОН-групп:

2Si(CH₃O)₃ + 3H₃O --> R–CH₂Si(OH)₃ + 3CH₃OH.

Образовавшиеся силанольные группы в свою очередь способны конденсироваться с гидроксильными группами на поверхности минеральных наполнителей и пигментов:

После конденсации с гидроксильными группами поверхности пигмента оставшиеся силанольные группы сохраняют способность к образованию водородных связей или конденсации друг с другом. Таким образом, благодаря сочетанию ковалентных и водородных связей силан модифицирует неорганическую поверхность, придавая ей свойства органофункциональной.

После обработки минеральные пигменты и наполнители приобретают новые свойства, в частности повышается диспергируемость в органических средах, гидрофобность. Кроме того, обработка поверхности пигмента позволяет повысить коэффициент наполнения полимеров и за счет химической связи наполнитель — силан — органическое связующее придать наполнителю дополнительные армирующие свойства. Применение модифицированных пигментов улучшает также физико-механические свойства полимерных покрытий.

Силаны – модификаторы, как правило, используют в виде водных и спиртовых растворов, водных эмульсий, а также в 100%ной форме. При этом различают два вида обработки:

• предварительная обработка пигмента, которая состоит в интенсивном перемешивании с силаном или его раствором и последующей сушке;
• введение силана при смешении пигмента с органическим пленкообразователем на различных стадиях технологического процесса.

Первый вариант обработки предпочтительней из-за лучшего распределения модификатора на поверхности пигмента, что позволяет снизить расход силана. Совместимость силанов с органическими пленкообразователями определяется природой входящей в их состав функциональной группы. В табл. 1 приведены несколько типичных примеров совместимости силанов-модификаторов производства компании Dow Corning^® с различными пленкообразователями и полимерами.

Таблица 1

В табл. 2 приведены физико-механические свойства пластифицированного ПВХ, наполненного полевым шпатом с различным размером частиц, модифицированным аминопропилтриэтоксисиланом, в табл. 3 — свойства эпоксидных композиций, наполненных новакулитом (Наполнители для полимерных композиций. Под ред. Каца Г.С. и Милевски Д.В., М.: Химия, 1981.). Таким образом, модификация поверхности пигментов и наполнителей силанами позволяет обеспечить их максимальную совместимость с пленкообразователями и приводит к значительному улучшению свойств материалов. Для достижения максимального эффекта от применения силанов необходимо подобрать оптимальную концентрацию модификатора, способ обработки поверхности и функциональность силана.

Использование аппретированных пигментов и наполнителей обеспечивает возможность производства более качественных ЛКМ и пластмасс, что немаловажно в условиях постоянно развивающегося рынка этих продуктов в России и жесткой конкуренции производителей.

Таблица 2

Таблица 3