氣相二氧化硅在膠粘劑和密封膠配方的作用：配方設(shè)計(jì)師用粒子來(lái)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(lái)提供抗流掛性、防止填料沉降和剪切變稀黏度。通用術(shù)語(yǔ)“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(guò)控制顆粒 - 顆粒間的相互作用和顆?！|(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(zhǎng)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(gè)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。

甲硅烷基封端的透明聚合物

氣相二氧化硅在膠粘劑和密封膠配方的作用：在DIY市場(chǎng)，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(shì)。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(huì)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(lái)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(guò)早固化的問(wèn)題。有幾種選擇來(lái)解決這一問(wèn)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(guò)程中通過(guò)加熱和抽真空來(lái)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(lái)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。

氣相二氧化硅在膠粘劑和密封膠配方的作用：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(duì)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 - 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，如圖1所示。

使用這兩種氣相二氧化硅中的任何一種，都會(huì)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（如圖2所示），斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率增加超過(guò)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(zhǎng)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?huì)相應(yīng)增加。

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(lái)增加黏度、提供抗流掛性，并提高汽車(chē)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。

圖3顯示，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(guò)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(guò)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（見(jiàn)圖3）。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(duì)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(gè)問(wèn)題（例如汽車(chē)輕量化）。

壓敏

氣相二氧化硅聚集體通常被用來(lái)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(guò)程和性能特征。這些亞微米級(jí)高比表面積的顆?？梢詼p少干燥時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)毛細(xì)管壓力而減輕裂紋的形成，并提高*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(jiǎn)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(guò)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(cè)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(cè)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（如圖4所示）。通常評(píng)價(jià)刮涂得到的四個(gè)或者更多個(gè)膠粘劑樣品，得到失效時(shí)間的相對(duì)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(méi)有用粒子增強(qiáng)的膜的平均失效時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算的膜的平均失效時(shí)間來(lái)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(cè)量顯示剪切強(qiáng)度有顯著的增加。例如，在室溫評(píng)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(méi)有用粒子增強(qiáng)的膜相比，粘接剪切強(qiáng)度通常會(huì)增加千余倍。目前正在研究，通過(guò)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(lái)源是什么，薄膜的內(nèi)聚強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。

也對(duì)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(píng)價(jià)（用化學(xué)儀器公司的粘接/釋放的AR-1000剝離測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)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(méi)有進(jìn)一步降低。

在這里所討論的PSA數(shù)據(jù)中沒(méi)有使用增粘劑。對(duì)于需要通過(guò)添加增粘劑來(lái)提高粘附力的產(chǎn)品，通過(guò)添加氣相二氧化硅導(dǎo)致的增強(qiáng)顯示，完全超過(guò)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(guò)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)。

正確的平衡

氣相二氧化硅在膠粘劑和密封膠配方的作用：通過(guò)選擇具有合適表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的氣相制二氧化硅，能平衡顆粒-基體間和顆粒與顆粒間的相互作用力，使配方設(shè)計(jì)師能獲得在未固化狀態(tài)下流變性的性能目標(biāo)和固化的膠粘劑或密封膠的強(qiáng)度的增加。氣相二氧化硅是多功能的粒子，能為一系列膠粘劑提供性能和強(qiáng)度增強(qiáng)方面意想不到的好處。