Fumed Silica For Alkyd Coatings

تخلق السيليكا المدخنة الثيكسوتروبيا في طلاءات الألكيد من خلال الترابط الهيدروجيني بين مجموعات السيلانول السطحية (Si–OH) ووظائف الهيدروكسيل والإستر على أعمدة راتنج الألكيد. في حالة الراحة، تشكّل الجسيمات الأولية (7–14 nm) شبكة ثلاثية الأبعاد عبر تفاعلات سيلانول-سيلانول، مما يرفع اللزوجة المنخفضة القص 3–5 أضعاف فوق الصياغة الأساسية. تحت قص الفرشاة أو الرول (>100 s⁻¹)، تنكسر هذه الروابط بشكل قابل للعكس مما يسمح بالتطبيق السلس. يحدث استعادة 80% من لزوجة الراحة عادةً خلال 30–90 ثانية.

• كثافة السيلانول — تحمل الدرجات المحبة للماء ~2.5 OH/nm²، توفر مواقع الترابط الهيدروجيني التي تشكّل شبكة الجل في الوسط الألكيدي القطبي.
• استعادة القص — تُعاد بناء الشبكة في 30–90 ثانية في درجة حرارة الغرفة، مما يوازن مقاومة الترهل مع تسوية علامات الفرشاة.
• حساسية التحميل — أقل من 0.5 wt% الشبكة غير مكتملة؛ أعلى من 2.0 wt% تنخفض اللمعة بشكل ملحوظ.

تترسب الأصباغ الثقيلة مثل TiO₂ (ρ ≈ 4.2 g/cm³) وأكاسيد الحديد (ρ ≈ 5.1 g/cm³) بسرعة في الألكيدات طويلة الزيت منخفضة اللزوجة (طول الزيت >60%). تُعلّق السيليكا المدخنة عند 1.0–1.5 wt% الأصباغ بأحجام جسيمات تصل إلى 10 µm إلى أجل غير مسمى خلال التخزين.

• الألكيدات طويلة الزيت — تحميل 1.0–1.5 wt%؛ إجهاد خضوع >0.5 Pa مطلوب لتعليق TiO₂.
• الألكيدات متوسطة الزيت — يكفي 0.5–1.0 wt% نظراً لارتفاع لزوجة الراتنج الذاتية.
• تأثير مدة الصلاحية — تتحسن ثبات التخزين وفق ASTM D869 من 12 شهراً مع التشتيت المناسب للسيليكا.

تتعالج طلاءات الألكيد بالأكسدة الذاتية — تُحفّز مجففات الكوبالت والزيركونيوم والكالسيوم الربط العرضي لسلاسل الأحماض الدهنية غير المشبعة. لا تُخلّب السيليكا المدخنة المحبة للماء هذه المجففات الفلزية عند التحميلات القياسية (≤2.0 wt%). يجب تجنب الدرجات المحبة للدهون (الكارهة للماء) في أنظمة الألكيد لأنها قد تتداخل مع انتشار الأكسجين على سطح الفيلم.

• توافق المجفف — لا يوجد تغيير قابل للقياس في وقت الجفاف مع الدرجات المحبة للماء عند ≤2.0 wt% (ASTM D5895).
• تجنب الدرجات الكارهة للماء — تُأخّر السيليكا المعالجة بـ DMS أو HMDS الجفاف السطحي 1–3 ساعات.
• الاحتفاظ باللمعة — عند تحميل 1.0 wt% مع التشتيت بسرعة عالية، تبقى لمعة 60° >85 GU.

يجب تشتيت السيليكا المدخنة تحت قص عالٍ لكسر التجمعات (40–100 µm كما تُورَّد) إلى تجمعات أصغر. جهاز التشتيت عالي السرعة بسرعة طرف 15–25 m/s لمدة 10–20 دقيقة هو الطريقة القياسية. رطّب السيليكا مسبقاً بـ 10–15% من راتنج الألكيد قبل الإضافة لتقليل الغبار.

لمعظم طلاءات الألكيد الزخرفية والصناعية، يُقدم SEMISIL-150 عند 1.0–1.5 wt% التوازن الأمثل بين أداء مقاومة الترسيب واستعادة الثيكسوتروبيا والاحتفاظ باللمعة — مع أسهل تشتيت بين أي درجة محبة للماء في النطاق.

كم من السيليكا المدخنة يجب إضافتها إلى طلاء الألكيد؟ استخدم 0.5–2.0 wt% على إجمالي وزن الصياغة. تحتاج الألكيدات طويلة الزيت عادةً 1.0–1.5 wt% لتعليق الأصباغ الفعّال، بينما تحقق الأنظمة متوسطة الزيت نتائج مماثلة عند 0.5–1.0 wt%.

هل تؤثر السيليكا المدخنة على وقت جفاف دهانات الألكيد؟ لا تؤثر السيليكا المدخنة المحبة للماء بشكل قابل للقياس على وقت جفاف الألكيد عند التحميلات حتى 2.0 wt%. لكن الدرجات الكارهة للماء يمكن أن تُأخّر الجفاف السطحي 1–3 ساعات عبر تقييد انتشار الأكسجين.

لماذا يفقد طلاء الألكيد لمعته عند إضافة السيليكا المدخنة؟ ينتج فقدان اللمعة عن التجمعات المتبقية الأكبر من 5 µm التي تُشتّت الضوء على سطح الفيلم. حسّن التشتيت بطاقة قص أعلى أو وقت طحن أطول. التحويل إلى درجة BET أدنى مثل SEMISIL-150 يُقلل أيضاً من تأثير اللمعة.

هل يمكن استخدام السيليكا المدخنة الكارهة للماء في الألكيدات المذابة في مذيبات؟ غير موصى به. تتداخل المعالجات السطحية الكارهة للماء (DMS، HMDS، أوكتيل) مع انتشار الأكسجين أثناء المعالجة الأكسيدية، مما يُأخّر الجفاف السطحي 1–3 ساعات.

ما أفضل طريقة تشتيت للسيليكا المدخنة في طلاءات الألكيد؟ جهاز التشتيت عالي السرعة بسرعة طرف 15–25 m/s لمدة 10–20 دقيقة هو الطريقة القياسية. للصياغات عالية اللمعة التي تتطلب نتائج خالية من التجمعات، يُوصى بمطحنة الكرات أو المطحنة ذات الثلاثة أسطوانات.

كيف تمنع السيليكا المدخنة ترسيب الأصباغ في دهانات الألكيد؟ تُشكّل السيليكا المدخنة شبكة مترابطة هيدروجينياً في حالة الراحة تخلق إجهاد خضوع 0.3–1.0 Pa، مما يُعلّق جسيمات الأصباغ ضد الجاذبية بشكل فيزيائي.