Verdickung und Thixotropie mittels AEROSIL®

Infolgedessen wird sie gern dort eingesetzt, wo thixotropes und pseudoplastisches Verhalten erwünscht ist, beispielsweise bei Anstrichen und Klebstoffen. Jedoch muß man dabei beachten, dass nicht jeder AEROSIL^® Typ zu jeder Flüssigkeit passt!

Als Faustregel gilt:
Hydrophiles AEROSIL^® verdickt unpolare Fluide,
hydrophobes AEROSIL^® verdickt polare Fluide.

Wie erklärt sich dieses Verhalten?

Dispergiert man AEROSIL^® in einer Flüssigkeit, die eine dem AEROSIL^® vergleichbare Polarität besitzt, dann werden die Moleküle dieser Flüssigkeit stark an der Oberfläche des AEROSIL^® adsorbiert. Somit wird die Oberflächenenergie der Kieselsäurepartikel relativ zum umgebenden Medium minimiert.

Daraus resultiert eine maximale Beweglichkeit der Feststoffteilchen innerhalb des Mediums. Eine Folge davon ist, dass relativ hohe Füllgrade möglich sind. Dies ist interessant, wenn AEROSIL^® als "aktiver" Füllstoff zur Festigkeitssteigerung in Dichtmassen oder Klebstoffen eingesetzt wird. Eine wirksame Verdickung durch kleine Mengen AEROSIL^® ist in diesem Fall jedoch nicht möglich.

Beispiele: hydrophiles AEROSIL^® in Polyethylenglykol und Polypropylenglykol.

Gute Verdickung erfordert eine gewisse Unverträglichkeit der Partner, zum Beispiel überführen hydrophobe AEROSIL^® Typen die genannten Polyglykole in relativ geringer Dosierung bereits in den Gelzustand.
Die hohe Verdickungswirkung erklärt sich durch eine schlechte Benetzung der Feststoffoberfläche durch die Moleküle der Flüssigkeit.

Infolgedessen versucht das AEROSIL^® sich mit seinesgleichen zu einer zusammenhängenden Phase zusammenzuschließen um die der Flüssigkeit ausgesetzte Oberfläche und deren freie Energie zu verringern. Aufgrund der extrem verästelten Teilchenform des AEROSIL® entsteht somit innerhalb der flüssigen Matrix ein dreidimensional verzweigtes Gerüst.

Die Viskosität des Systems steigt an und mit steigender Konzentration an Kieselsäure tritt ein deutlich viskoelastisches Verhalten zutage. Das zeigt sich an der Ausbildung einer Fließgrenze ebenso wie an einer starken Abhängigkeit der Viskosität von der Schergeschwindigkeit.
In diesen Systemen ist die Sedimentation stark erschwert. Geringe Zusätze von AEROSIL^® können wirksam auch größere und deutlich schwerere Partikel von Pigmenten (Titandioxid, Zinkpulver) und Extenderfüllstoffen (Kreide) am Absetzen hindern. Aus diesem Grund wird AEROSIL^® in Gelcoatharzen und Spachtelmassen zur Verdickung und Verbesserung der Homogenität eingesetzt.

Mit zunehmender Scherung zerbricht die Agglomeratstruktur des AEROSIL®- Raumnetzes in kleinere Abschnitte, die sich in der Strömung mitbewegen. Dies bewirkt einen starken Rückgang der (scheinbaren) Viskosität, die sich jedoch bei verminderter Scherung sehr rasch wieder aufbaut. Dieses thixotrope Verhalten ist von großer Bedeutung überall da, wo Flüssigsysteme durch Streichen, Spritzen oder Spachteln auf Üntergründe aufgetragen werden.

Die hydrophilen AEROSIL^® Typen tragen typischerweise Hydroxylgruppen, die für die Polarität der Oberfläche verantwortlich sind. Bei den hydrophoben, unpolaren AEROSIL^® Typen sind dagegen organische Gruppen anstelle der Hydroxylgruppen fest verankert.
Rheologische Konzepte wie Verdickung, Scherverdünnung, Thixotropie, Fließgrenze, können über geschickte Auswahl von Art und Menge des verwendeten AEROSIL^® realisiert werden.

Empfohlene Produkte für die Rheologiesteuerung in Flüssigharzen

Die meisten UP-Harze sind Abmischungen aus relativ polaren Alkydharzen und dem unpolaren Styrol. Der Styrolanteil bewirkt eine ausreichend niedrige Gesamtpolarität, so dass AEROSIL^® 200 bereits in Dosierungen um 1 % zur Rheologiesteuerung in Laminierharzen dienen kann.

In Gelcoats wird daneben auch AEROSIL^® 300 oder AEROSIL^® 380 verwendet.

Einige spezielle Polyesterharze sowie Vinylesterharze, die eine höhere Polarität besitzen, erfordern einen hydrophoben Typ als Verdicker. Hier hat sich AEROSIL^® R 202 bestens bewährt.

Epoxidharze sind ebenfalls polar und benötigen AEROSIL^® R 202 für maximale Thixotropie und Verdickung.

Bei der Formulierung von Klebstoffen oder Beschichtungssystemen wird eine Vielzahl von weiteren Additiven verwendet. Je nach Menge und Polarität solcher Zusatzstoffe kann die Verdickungsleistung des AEROSIL^® in die eine oder andere Richtung beeinflusst werden. Im Zweifelsfalle sind daher Versuche im aktuellen System angebracht.