Schichtsilikate können durch geeignete Behandlung zu Organoschichtsilikaten modifiziert und als Rheologieaddive in nicht-wässrigen Anwendungen eingesetzt werden. Die 100 %igen Pulverprodukte ermöglichen den Einsatz in lösemittelhaltigen und lösemittelfreien Systemen und zeichnen sich durch ihre universelle Eignung in einem breiten Polaritätsbereich und ein gutes Preis-Leistungsverhältnis aus.
Natürliche Schichtsilikate eignen sich aufgrund ihres hydrophilen Charakters nur für den Einsatz in wässrigen Systemen. Durch Modifikation mit unterschiedlich polaren quaternären Ammoniumverbindungen (von mittelpolar bis unpolar) wird der Einsatz auch in lösemittelhaltigen Systemen möglich. Neben dem Einfluss der Polarität der Ammoniumverbindung auf die Verträglichkeit spielt deren aufgebrachte Menge eine entscheidende Rolle für die Dispergierbarkeit und Aktivierung des Organoschichtsilikates. Man unterscheidet zwischen konventionellen und selbstaktivierenden Qualitäten, abhängig von der Höhe des organischen Anteils.
Auch bei den Organoschichtsilikaten liegen im fertigen Pulverprodukt die Schichtsilikatplättchen in agglomerierter Form vor (Plättchenstapel). Bei der Einarbeitung des Pulvers in die Formulierung dringen die flüssigen Anteile (z.B. Lösemittel) aufgrund der Kapillarität zwischen die Plättchen ein und führen zu einer Quellung. Gleichzeitig werden die Plättchen durch die einwirkenden Scherkräfte voneinander getrennt. Je ähnlicher die Polarität des verwendeten Lösemittels zum eingesetzten quaternären Ammoniumsalz ist, desto stärker ist das Quellverhalten der Plättchenstapel und desto besser lassen sich die Plättchen delaminieren. Je höher der Anteil der organischen Modifikation ist, desto leichter lassen sich die Plättchen delaminieren. Der organische Anteil lässt sich jedoch nicht beliebig erhöhen, da ansonsten der Anteil rheologisch aktiver Schichtsilikat-Plättchen reduziert wird, was sich negativ auf die rheologische Wirksamkeit auswirkt. Die beste Wirksamkeit wird mit einem organischen Anteil von maximal 25–30 % (bezogen auf das Schichtsilikat), erzielt, allerdings erfordert ein vollständiger Aufschluss der Partikel relativ hohe Scherkräfte. Die selbstaktivierenden Organoschichtsilikate enthalten bis zu 40 % organische Anteile, sind aber aufgrund ihres geringeren Schichtsilikatanteils auch weniger rheologisch wirksam.
Der Rheologieeffekt dieser Additivgruppe basiert auf der Ausbildung einer dreidimensionalen Struktur über Wasserstoffbrückenbindung zwischen den einzelnen Schichtsilikat-Plättchen (Kartenhauseffekt). Hierfür ist es erforderlich, dass ausreichend OH-Gruppen in der Formulierung enthalten sind, was ggf. auch durch die Zugabe von polaren Aktivatoren (z.B. Alkohol/Wasser oder Propylencarbonat/Wasser im Verhältnis 95:5) ermöglicht werden kann. Eine Dosierung von 30 % polarem Aktivator (berechnet auf den Organoschichtsilikat-Anteil) hat sich bei den Standardprodukten bewährt. Bei den selbstaktivierenden Organoschichtsilikaten ist es in der Regel nicht erforderlich, einen Aktivator einzusetzen. Ausnahmen sind Formulierungen mit sehr unpolaren, rein aliphatischen Lösemitteln.
Die Einarbeitung der Organoschichtsilikate ist sowohl als Direktzugabe während der Anreibung, als auch über Halbfabrikate (z.B. 10%ige Pasten in Lösemittel) möglich. Halbfabrikate können auch zur nachträglichen Einstellung (Postaddition) der Viskosität zugegeben werden. Das typische thixotrope Fließverhalten macht sich am stärksten in niedriggefüllten Systemen bemerkbar und wird mit höherem Füllgrad zunehmend pseudoplastischer. Durch den Einsatz sogenannter rheologischer Synergisten lässt sich die Wirksamkeit durch zusätzliche Wasserstoffbrückenbindungen verstärken. Die Vorteile von Organoschichtsilikaten überwiegen gegenüber möglichen Einschränkungen, weshalb die Produkte im Markt sehr weit verbreitet sind.
Als Mixed-Minerals werden Organoschichtsilikate mit einer besonderen Kombination von plättchen- und stäbchenförmigen Teilchen bezeichnet. Die heterogene Mischung unterschiedlicher Partikel führt gegenüber konventionellen Organoschichtsilikaten zu anwendungstechnischen Vorteilen. Während bei Organoschichtsilikaten die Plättchen flächig aufeinander liegen, sind bei den Mixed-Minerals die Plättchen durch Stäbchen voneinander getrennt, sodass geringere Adhäsionskräfte zu einer leichteren Delaminierung führen. In der Praxis bedeutet das ein deutlich leichteres Eindringen des Lösemittels zwischen die Teilchen und dadurch eine merklich schnellere Quellung. Außerdem ist eine Dispergierung schneller möglich und kann mit geringeren Scherkräften erfolgen. Darüber hinaus benötigen Mixed-Minerals keinen zusätzlichen polaren Aktivator. Die Vorteile der Mixed-Minerals zeigen sich in erster Linie bei der Formulierung festkörperreicher Systeme, in denen eine hohe Schichtdicke erzielt werden soll und der Schwerpunkt nicht in hoher Glanzerhaltung liegt (z.B. Dickschichtsysteme, schwerer Korrosionsschutz sowie Dicht- und Klebstoffe). Durch die Kombination der verschiedenen Partikelformen zeigen sie ein deutlich stärker pseudoplastisches Fließverhalten. Zudem lassen sich Mixed-Mineral-Pasten, die für einen universellen Einsatz geeignet sind, mit einem deutlich höheren Festkörper herstellen.
Im Vergleich zu pyrogenen Kieselsäuren ergeben sich bei Mixed-Minerals weitere Vorteile in der Handhabung durch das deutlich geringere Volumen und der damit verbundenen geringeren Staubbelastung.
Wie bei den Organoschichtsilikaten sind auch die Vertreter der Mixed-Minerals mit unterschiedlichen quaternären Ammoniumverbindungen modifiziert, um für einen möglichst breiten Polaritätsbereich geeignet zu sein. Die rheologische Wirksamkeit der Mixed-Minerals lässt sich auch hier durch die Kombination mit rheologischen Synergisten verstärken. Die Zugabe erfolgt nach der Dispergierung des Mixed-Minerals in das fertige System (Postaddition) und führt zu einer Verstärkung der vorhandenen Struktur.
