摘要Abstracts
摘要：通过对片状铝粉表面进行不同的包覆处理，研究了不同包覆处理方式对片状铝粉在粉末涂料中耐酸碱性能和低温绑定效果的影响，以及不同包覆处理方式的片状铝粉绑定后在回收粉中的色相稳定性。研究表明：采用无机二氧化硅和有机高分子协同包覆处理的片状铝粉耐酸碱性能大幅提升；采用最外层增加低Tg点(56 ℃)有机活性包覆层的片状铝粉绑定效果最好，且回收粉色相稳定性好。
0 引言
铝颜料由于具有亮丽的金属质感、随角异色效果、隔热、以及优异的遮蔽性等优点，被广泛应用于汽车涂料、3C涂料、粉末涂料等。由于铝是金属材料，导电性能好、带电性能差；粉末涂料主要成分是高分子材料，导电性能差、带电性能好，两者混合静电喷涂时存在带电性能不一致问题，容易引起漆膜色差[1]；以及铝是两性金属易腐蚀，因此，片状铝粉在粉末涂料中使用时存在腐蚀变色问题，尤其是在户外型材、厨卫用品等使用条件恶劣的产品上更为严重。
粉末涂料尤其户外型材、厨卫用品等金属粉末涂料的使用条件复杂苛刻，耐酸碱腐蚀测试是其品质保证的重要环节。影响涂层耐酸碱腐蚀的因素很多，对于金属粉末涂料来说，主要影响因素在于以下两个方面：首先是塑粉本身的交联密度和漆膜厚度问题，交联密度越高、漆膜厚度越厚，对铝片的保护性能越好，耐腐蚀性能越高；其次是片状铝粉本身的耐酸碱腐蚀能力影响，尤其在漆膜薄的体系，片状铝粉本身耐腐蚀的影响更大。
除耐酸碱腐蚀性能外，漆膜的色相同样重要。粉末涂料由于是塑料粉末直接熔融固化，对颜填料的润湿、流平、分散等都没有液体涂料好，尤其是金属粉末涂料，如果铝片不能很好的分散、定向，很难有优异的漆膜效果，尤其“随角异色”效果[2]。所以目前市场主流是采用绑定的方式让片状铝粉和塑料底粉紧密的联系在一起，使其喷涂后色相均匀，色差小。绑定即在特定的绑定机内，在搅拌的状态下加热使塑料底粉升温至T g点附近开始软化发黏，然后加入片状铝粉，使其粘附在塑料底粉表面，再快速冷却达到相互粘连绑定铝颜料由于具有亮丽的金属质感、随角异色效果、隔热、以及优异的遮蔽性等优点，被广泛应用于汽车涂料、3C涂料、粉末涂料等。由于铝是金属材料，导电性能好、带电性能差；粉末涂料主要成分是高分子材料，导电性能差、带电性能好，两者混合静电喷涂时存在带电性能不一致问题，容易引起漆膜色差[1]；以及铝是两性金属易腐蚀，因此，片状铝粉在粉末涂料中使用时存在腐蚀变色问题，尤其是在户外型材、厨卫用品等使用条件恶劣的产品上更为严重。粉末涂料尤其户外型材、厨卫用品等金属粉末涂料的使用条件复杂苛刻，耐酸碱腐蚀测试是其品质保证的重要环节。影响涂层耐酸碱腐蚀的因素很多，对于金属粉末涂料来说，主要影响因素在于以下两个方面：首先是塑粉本身的交联密度和漆膜厚度问题，交联密度越高、漆膜厚度越厚，对铝片的保护性能越好，耐腐蚀性能越高；其次是片状铝粉本身的耐酸碱腐蚀能力影响，尤其在漆膜薄的体系，片状铝粉本身耐腐蚀的影响更大。
除耐酸碱腐蚀性能外，漆膜的色相同样重要。粉末涂料由于是塑料粉末直接熔融固化，对颜填料的润湿、流平、分散等都没有液体涂料好，尤其是金属粉末涂料，如果铝片不能很好的分散、定向，很难有优异的漆膜效果，尤其“随角异色”效果[2]。所以目前市场主流是采用绑定的方式让片状铝粉和塑料底粉紧密的联系在一起，使其喷涂后色相均匀，色差小。绑定即在特定的绑定机内，在搅拌的状态下加热使塑料底粉升温至T g点附近开始软化发黏，然后加入片状铝粉，使其粘附在塑料底粉表面，再快速冷却达到相互粘连绑定的效果。在绑定过程中如果温度控制不好，容易使塑料底粉提前固化结团造成损失[3-4]。
本文通过对片状铝粉表面进行不同的包覆改性，研究了包覆改性后片状铝粉的耐腐蚀性能，重点研究了不同的包覆改性片状铝粉对粉末涂料绑定效果的影响。
1 试验部分
1.1 实验材料
铝颜料(未包覆处理)：粒径(D 50)40 μm，微米级的片状铝粒子含量65%,自制；正硅酸乙酯-28(TEOS)，张家港新亚化工有限公司；丙烯酸单体、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯，丙烯酸羟乙酯，南京化学试剂有限公司：偶氮二异丁腈，上海凯茵化工；氨水：25%含量，工业级，市售；粉末涂料(黑色)，T g点67℃，阿克苏D2015；异丙醇、D70，工业级，市售；氢氧化钠、盐酸，化学纯，南京化学试剂有限公司。
1.2 仪器设备
色差仪：BYK7030，德国毕克仪器；恒速电动搅拌器，JJ-LB，水浴锅，金坛仪器厂；静电喷枪，德国Wagner；模拟回收粉循环测试设备，定制；绑定机，烟台欧冠粉末设备有限公司。
二 性能测试和评价标准
2.1 耐酸碱性能测试
参照HG/T2006测试标准。按标准制好样板，配置5%、10% HCl溶液和5%、10% NaOH溶液。将相应浓度的HCl溶液和NaOH溶液分别滴在漆膜表面，分别记录1h、2h、3h后目视观察漆膜的变色情况，变色越小、耐腐蚀时间越长，说明样品处理越好。
2.2 绑定效果测试
参照HG/T2006测试标准。按片状铝粉：塑粉=3：97比例干混配制成金属粉末涂料，记为金属粉1；将同比例的塑粉和片状铝粉进行绑定处理，然后将绑定后的金属粉进行过筛除去团结的大颗粒，记为金属粉2。然后将上述金属粉分别在40kV、67kV的高低电压下静电喷涂制成样板。比较同一款片状铝粉在干混和绑定情况下制成样板的色差，色差越小表示处理的样品处理地越好。
2.3 模拟回收粉色相稳定性测试
将上述干混以及绑定制作好的金属粉分别在循环测试设备中循环1遍、3遍，然后把循环测试后的金属粉再静电喷涂制成样板，对比测试循环前后的色差，色差越小说明样品处理越好。
3 表面处理片状铝粉样品制备
3.1 半成品a制备
分别称取铝颜料100g和异丙醇300g，放入烧杯中混合搅拌清洗2h，去除铝颜料表面的油脂，然后采用布氏漏斗抽滤，得到固含量为65%左右的半成品铝颜料(编号为半成品a)。
3.2 样品b制备
称取10g异丙醇和10g TEOS混合均匀，得A溶液；称取10g异丙醇和1g氨水混合均匀，得B溶液。称取有效固含的半成品a100g、异丙醇400g，将半成品a和异丙醇放入三口烧瓶中混合搅拌0.5h，分散均匀，再水浴升温到50 ℃，然后向三口烧瓶中分别滴加A溶液和B溶液，2h滴加完毕，保温6h后采用布氏漏斗抽滤，抽滤后的滤饼再减压烘干得二氧化硅包覆片状铝粉(编号为样品b)。
3.3 样品c制备
称取上述样品b 100g和D70溶剂油500 g，放入三口烧瓶中混合搅拌0.5 h，分散均匀，再水浴升温到80 ℃，然后向三口烧瓶中分别加丙烯酸单体、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯和偶氮二异丁腈，添加完毕，保温6 h后采用布氏漏斗抽滤，抽滤后的滤饼再减压烘干得二氧化硅和有机树脂协同包覆片状铝粉(编号为样品c)。
3.4 样品d制备
把上述样品c的有机包覆层厚度降低一半制得新样品，取新样品100 g和D 70溶剂油400 g，放入三口烧瓶中混合搅拌0.5 h，分散均匀，再水浴升温到80 ℃，然后向三口烧瓶中分别加丙烯酸单体、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和偶氮二异丁腈，添加完毕，保温4 h后采用布氏漏斗抽滤，抽滤后的滤饼再减压烘干得最外层增加低T g点有机活性包覆层的片状铝粉(编号为样品d)。样品d最外层树脂的T g为56 ℃左右，中间层树脂的T g为175 ℃左右(如图1所示)。样品b、c、d表面处理后的电镜图片如图2所示。
4 结果与讨论
4.1 不同表面处理的片状铝粉耐酸碱性能
不同表面处理的片状铝粉做耐酸碱测试，漆膜表面滴加酸碱后状态如图3所示，不同表面处理的片状铝粉的腐蚀情况详见表1。
由表1可知，不同表面处理的片状铝粉耐腐蚀性能(耐酸性都很好，主要看耐碱性能)，从好到差依次为：c＞d＞b，样品b耐碱性能最差，样品c耐碱性能最好。分析认为，样品b、c、d都是TEOS在碱性条件下水解形成二氧化硅薄膜包覆于片状铝粒子表面，TEOS溶胶凝胶沉积于铝片表面形成致密的二氧化硅膜能够保护铝片阻挡外界腐蚀性物质，但是二氧化硅本身耐酸性好，耐碱性差，与碱反应形成硅酸盐失去对铝片的保护作用，如图3b，即使5% NaOH腐蚀也很严重(考虑b只有一层二氧化硅包覆，所以酸碱的浓度都减半)。样品c在二氧化硅包覆的基础上增加了一层丙烯酸树脂包覆，交联密度高，T g点高，在塑粉树脂成膜过程中铝片外层的丙烯酸树脂不受破坏依然能很好的保护铝片，所以耐酸碱性能最好。样品d在二氧化硅层的最外层包覆了两次有机树脂，一层高交联密度、高T g点的丙烯酸树脂；一层低交联密度、低T g点的丙烯酸树脂。为了最大程度保持铝片的金属光泽，第一层丙烯酸树脂的厚度降低了，第二层是低交联密度、低T g点丙烯酸树脂，在塑粉树脂成膜过程中自身容易熔融且参与反应，减少对铝片的保护，所以d的耐腐蚀性能比c差。
4.2 不同表面处理的片状铝粉绑定效果的影响
片状铝粉在静电喷涂过程中由于和塑粉带电性的差异以及密度的差异容易发生分离，使漆膜颜色不均匀，回收粉中片状铝粉和塑粉分离难以二次使用，所以在金属粉的生产中绑定工艺越来越重要。片状铝粉越容易绑定、绑定后越稳定效果越好。高低电压绑定前后效果如图4所示，色差数据见表2；循环分离稳定性测试后效果如图5所示，色差数据见表3。
由表2可知，样品a在高低电压下整体色差变化最大，样品c变化最小；a、b样品绑定后的色差变化明显小于未绑定的样品；c绑定前后色差变化最小。由表3可知，样品a在分离1次、3次测试后色差最大；样品b次之；样品c色差变化最小。
样品a表面为无机二氧化硅包覆，与塑料底粉的匹配性没有样品b、c好，虽然绑定能有效减小色差，但是相对于b、c分离测试后色差要大。样品c表面为T g点低、活性高的有机物，在绑定过程中c表面的有机物开始软化促进铝粉与塑料底粉的连接，所以绑定效果最好，循环分离1次、3次测试后色差变化不是很大。尤其样品c在绑定后分离3次后的色差比分离1次后还要小，在循环分离测试过程中，细粒径的塑料底粉和铝粉都容易被吸走，铝粉的整体含量少，喷涂后L值会相对降低，而样品c与塑料底粉的连接效果好，循环分离3次后细的塑料底粉被吸走的比例比铝粉多，铝粉的相对含量高喷涂后L值略高。在未绑定情况下更为明显，搅拌混合时样品c活性高与塑料底粉在摩擦力下连接的强度比样品a、b明显高，所以相对绑定后更为明显。
5 结语
不同的包覆方式对铝片的耐腐蚀保护都能起到作用，二氧化硅+高交联密度丙烯酸树脂包覆的样品耐酸碱性能最好；二氧化硅+低T g点高活性丙烯酸树脂包覆的样品耐酸碱性能次之；采用二氧化硅直接包覆的样品最差。在绑定效果上，二氧化硅+低T g点高活性丙烯酸树脂包覆的样品最好；二氧化硅+高交联密度丙烯酸树脂包覆的样品次之；采用二氧化硅直接包覆的样品最差。
片状铝粉本身活性高，尤其在粉末状时表面没有保护层是非常危险的，在选择保护层时需要考虑对铝片的色相影响、耐酸碱性能影响、绑定效果影响、成本影响等等。综上所述，采用二氧化硅层做底，有机树脂做面的多层包覆处理能很好的平衡耐酸碱性能和绑定效果。
参考文献
[1] 曾历,刘亮,李勇,等.聚酯树脂对金属粉末涂料性能的影响[J]．涂料工业,2023,53(3):1-7.
[2] 张海锋,蔡劲树.金属粉末涂料的稳定性研究[J]．涂层与防护,2022,43(6):18-23.
[3] 侯海涛,陆建楼,李桂林,等.仿电镀银粉末涂料的制备[J]．中国涂料,2022,35(1):26-29.
[4] 董帅,张海萍,邵媛媛,等.冷邦定法制备金属粉末涂料[J]．化学环境,2019,38(6):1420-1426.
来源：涂料工业
关键词：
片状铝粉
涂料
酸碱性能
