1、氣相二氧化硅能為膠粘劑和密封膠提供各種優勢

配方設計師用粒子來增強膠粘劑和密封膠產品使用的現有聚合物基質的功能。氣相二氧化硅通常用作流變控制添加劑來提供抗流掛性、防止填料沉降和剪切變稀黏度。通用術語“氣相二氧化硅”定義了具有不同表面化學性質的一系列產品——從親水性到疏水性。這些產品與聚合物體系具有不同相容性，從而能使配方設計師微調流變性能。

通過控制顆粒 - 顆粒間的相互作用和顆粒—基質間的界面粘附性，在同一時間，配方設計師可以增強涂膜的粘彈性反應或固化系統的材料性能。這種相互作用提供了一種牢固結合加入的硬質材料的方法，它們能延長斷裂的路徑，并且在界面結合處耗散能量1。這些性能能使涂膜和固體增強。

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固化的膠粘劑的強度。以下是三個例子，其中氣相二氧化硅能增強聚合物的強度，從而得到更高性能的膠粘劑或密封膠。

2、甲硅烷基封端的透明聚合物

在DIY市場，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，這些產品的生產廠家已改用透明包裝，以突出這一優勢。添加劑如蠟、粘土和碳酸鈣通常用于流變控制和增強STP膠粘劑和密封膠的強度。這些增強助劑的選擇通常會導致不透明的產品，因為這些產品的折射指數與基質不匹配。相比之下，氣相二氧化硅的折射指數與這些產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增強透明STP膠粘劑和密封膠的強度。

配方設計師在濕固化體系如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早固化的問題。有幾種選擇來解決這一問題，包括增加工藝步驟（例如預干燥親水性二氧化硅或者在混料過程中通過加熱和抽真空來除去水份），或添加其他的組分（例如化學干燥劑）。一種更好的選擇是用疏水性二氧化硅來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。

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性能對流變性的影響。疏水性較弱的氣相二氧化硅添加劑具有較強的顆粒-基質間的相互作用，能提供牛頓型流變性。與此相反，疏水性較強的氣相二氧化硅添加劑具有較弱的顆粒-基質間相互作用，因而顆粒與顆粒間的相互作用更強，能提供觸變型的流變性，導致體系具有屈服應力或抗流掛性和剪切變稀的黏度。

使用這兩種氣相二氧化硅中的任何一種，都會導致顆粒-基質間的相互作用增強，從而能提高體系的拉伸強度，斷裂時的伸長率增加超過了3倍。隨著氣相二氧化硅添加量的增加，拉伸強度和斷裂伸長率都增加，但是使用非常高添加量的二氧化硅要受到限制，因為黏度也會相應增加。

3、單組份聚氨酯

與其他流變控制添加劑相比，在相同質量添加量的基準上，高比表面積的炭黑和氣相二氧化硅作為增強劑都更有效。炭黑是用來增加黏度、提供抗流掛性，并提高汽車擋風玻璃膠粘劑的內聚強度。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度。

濕固化單組分聚氨酯膠粘劑的搭接剪切強度的增加，該體系是由NCO含量<2%的聚氨酯預聚物、鄰苯二甲酸二異壬酯增塑劑、研磨過的碳酸鈣填料和有機錫催化劑組成，同時添加疏水性氣相二氧化硅或包覆的沉淀碳酸鈣（PCCs）。

在相同質量的基礎上，在該體系中，處理過的氣相二氧化硅能提供比沉淀碳酸鈣（PCC）明顯更強的粘接強度。在較低添加量時加入，氣相二氧化硅具有比碳酸鈣更低的比重，從而對膠粘劑的質量的貢獻大大降低，這在應用時是有益處的，因為膠粘劑的質量也是一個問題（例如汽車輕量化）。

4、壓敏

氣相二氧化硅聚集體通常被用來改善由天然橡膠、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程和性能特征。這些亞微米級高比表面積的顆粒可以減少干燥時間，通過調節毛細管壓力而減輕裂紋的形成，并提高最終產品的機械性能。預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，已經觀察到水性壓敏膠粘劑（PSA）的內聚剪切強度和熱機械性能有了顯著改進。為PSA用途配制了氣相二氧化硅含量范圍為0?15％（質量比）（干質量）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，然后在測試前在常溫下放置24小時。干膜的干膜厚度（DFT）為1～1.3微米。

在雙排、8位剪切烘箱中測量膜的剪切強度與剪切力（1.1?4.4psi）和溫度（室溫至100℃）的關系。通常評價刮涂得到的四個或者更多個膠粘劑樣品，得到失效時間的相對標準偏差約為15％或更低。計算膜剪切強度的增強時，以沒有用粒子增強的膜的平均失效時間為基準來計算的膜的平均失效時間來表示。

當氣相二氧化硅的用量低至百分之幾（質量比）時，剪切測量顯示剪切強度有顯著的增加。例如，在室溫評價時，在4％（質量比）的添加量時，膠粘劑的剪切強度增加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，剪切強度隨氣相二氧化硅添加量的增加，結果是更加驚人。與沒有用粒子增強的膜相比，粘接剪切強度通常會增加千余倍。目前正在研究，通過添加氣相二氧化硅分散體導致這些膠粘劑膜中化學鍵的形成情況，因為這種增強的水平是出乎意料的。不管剪切強度增強的來源是什么，薄膜的內聚強度顯著增強。

也對用和不用氣相二氧化硅增強的PSA薄膜的剝離強度進行了評價（用化學儀器公司的粘接/釋放的AR-1000剝離測試儀進行測量）。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；從滾軋結束到剝離試驗之間的時間間隔為1分鐘。剝離強度的下降隨氣相二氧化硅加量的增加關系相當緩和：在0～4％（質量比）氣相二氧化硅的范圍內，剝離強度線性下降為其初始值的～75％。在4～8％（質量比）氣相二氧化硅時，觀察到剝離強度沒有進一步降低。

對于需要通過添加增粘劑來提高粘附力的產品，通過添加氣相二氧化硅導致的增強顯示，完全超過了補償因增粘劑的加入（例如，Tacolyn3509）而下降的剪切強度。使用普通量的增粘劑導致的剪切強度下降20％～40％，通過使用2％～4％（質量比）的氣相二氧化硅增強，很容易將前面的下降值恢復。