用于水性涂料的鋁銀漿研究

1、第7卷第1期2010年2月納米科技NanoscienceNanotechnologyNo1February2010用于水性涂料的鋁銀漿研究向紅印，蔡曉蘭，高首磊，喬(昆明理工大學材料與冶金工程學院，云南摘維650093)昆明要：研究了鋁粉表面包覆的機理。通過硅烷偶聯(lián)劑、丙烯酸樹脂、酒精等成功地在鋁粉表面包覆一層含硅聚合物膜，實驗表明，在水性助劑的包覆下，用水作溶劑成功地制備了用于水性涂料的鋁漿。關(guān)鍵詞：鋁銀漿；表面包覆；水性涂料PreparationofAluminumFlakePastesforWaterborneCoatingsXIANGHong-yin，CAIXiao-lan，GAOSh

2、ou-lei，QIAOWei(kunminguniversityofscienceandtechnology，kunming650093，China)Keywords:aluminumflakeplasm；surfacecoating；waterbornecoatings中圖分類號：TB34文獻標識碼：B文章編號：1812-1918（2010）01-0043-040引言鋁銀漿是一種由特細雪片狀或銀元片鋁顆粒經(jīng)特殊工藝處理的漿狀鋁顏料。鋁銀漿的光學效果因鋁顆粒大小、鋁粒子分布及粒子表面處理方式的不同形成很大差異。為滿足復(fù)雜度更高的要求，遂采用先進的粒子表面處理工藝來提供各種特殊性能的產(chǎn)品1。水性

3、鋁銀漿的研究早在20世紀50年代就已開始，如德國的Eckart-werke等人于1956年提出將片狀鋁粉與親水性膠體溶液混合制備水性鋁銀漿。目前制備水性鋁銀漿的生產(chǎn)方法主要有物理保護法和化學保護法兩種。物理保護法是在片狀鋁粉表面涂一層透明的樹脂保護膜，而化學保護法則是用鈍化劑處理片狀鋁粉，使其顆粒表面形成一層不與水反應(yīng)的鈍化膜收稿日期：2009-06-052-7本實驗采用硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）、丙烯酸樹脂、酒精、乙酸乙脂等，在鋁粉表面包覆一層含硅聚合物膜，有效地提高了鋁粉的耐腐蝕性能，阻止鋁粉表面在球磨制備過程中與溶劑水發(fā)生反應(yīng)，在滾筒式球磨機的研磨下，用水作溶劑成功地制備了鋁銀漿。1實驗

4、1.1主要試劑及設(shè)備鋁粉（市售）、硅烷偶聯(lián)劑（KH-550，市售工業(yè)品）、丙烯酸樹脂、乙酸乙酯、酒精、蒸餾水、復(fù)合助劑（自制）；滾筒式球磨機(JDIA-40)、鋼球若干、攪拌器；SEM掃描電鏡（荷蘭飛利浦公司制造）、EQUINOX55型傅里葉紅外光譜儀等。1.2鋁粉的表面預(yù)處理43。第7卷第1期2010年2月納米加工工藝Nano-processingTechniqueVol7No1February2010鋁具有還原性，極易被氧化，未經(jīng)處理的鋁粉會與水反應(yīng)生成氫氣造成漲聽效應(yīng)（反應(yīng)式（1），因此，鋁粉的表面處理至關(guān)重要。金屬鋁表面的氧化膜透明，且有很好的耐化學穩(wěn)定性，這使鋁粉的表面包覆成為可能。

5、2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2（1）為了解決鋁粉的“發(fā)氣”問題，本實驗采用有機物硅烷包覆鋁粉。稱取一定量的鋁粉置于250用酒精做溶劑超聲分散。將分散好的mL燒杯中，鋁粉移至500mL燒杯中，于60恒溫水浴鍋中充分攪拌制成A液；用酒精溶解丙烯酸樹脂，加入硅烷偶聯(lián)劑和乙酸乙酯制成B液。向A液中倒入B液，控制A、B液一定的反應(yīng)比例。待反應(yīng)結(jié)束后，讓反應(yīng)液自然冷卻并用攪拌器攪拌2h左右，靜置一天，濾去上面清液后，自然干燥，就制得已經(jīng)包覆好的鋁粉。1.3鋁漿制備的工藝過程將處理好的鋁粉、蒸餾水以及助劑（主要有分散劑、表面活性劑等）放入滾筒式球磨機中，再放入鋼球，連續(xù)研磨12-24h。通過篩選

6、分級制得用于水性涂料的鋁漿。其工藝流程如圖13。的影響。如表1所示。前面6種包覆劑對鋁粉沒有包覆效果，在研磨過程中產(chǎn)生氣泡，粉黑。而在酒精、硅烷偶聯(lián)劑、丙烯酸樹脂、乙酸乙酯等包覆下，通過鋁粉表面包覆一層含硅聚合物膜（IR分析）球磨制得鋁漿亮、光澤度好，SEM電鏡分析，其鋁漿粒徑分布均勻，徑厚比80：1，其片成圓餅狀，成片狀化程度很好。2.2鋁粉的表面包覆結(jié)果討論鋁粉的表面處理最重要的就是實現(xiàn)鋁粉表面的羥基化。丙烯酸樹脂具有很強的粘結(jié)性，且含有高羥基等極性基團，具有很強的親水性，吸附在鋁粉表面與鋁粉反應(yīng)，使鋁粉表面實現(xiàn)羥基硅烷在乙酸乙脂作用化。當溶液中存有硅烷時，下發(fā)生溶解，硅烷的Si-OH之間

7、脫水縮合成Si-低聚物中的Si-OH與鋁粉表OH的低聚硅氧烷，面上的-OH形成氫鍵，加熱固化過程中伴隨脫水反應(yīng)與鋁粉形成Si-O-Al共價鍵。含硅聚合物膜包覆在鋁粉表面，起到保護鋁粉的作用，防止鋁粉被氧化。圖2是包覆后的鋁粉紅外光譜圖(IR)。從圖中可以看出，包覆后的金屬鋁粉在3569cm-1-3527cm-1之間出現(xiàn)了O-H的伸縮振動特征吸收峰，這是因為鋁粉包覆過程中加入酒精，羥基樹脂等含高羥基的物質(zhì)，說明鋁粉表面被羥基化；在3289cm-1-3248cm-1之間出現(xiàn)了N-H伸縮振動特征吸收峰，說明硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）確實包覆在鋁粉表面；在2957cm-1-2933cm-1是C-H伸縮

8、振動區(qū)，而在圖1鋁漿制備的工藝流程圖1700cm-1-500cm-1為單鍵的伸縮振動和彎曲振動區(qū)。在此區(qū)域無特征基團的吸收頻率，但卻是有用的指紋區(qū)，相似分子結(jié)構(gòu)略有改變，也會在此區(qū)域顯示出差異；在1651cm-1和1628cm-1出現(xiàn)Si-O-Si鍵，在1145.44cm-1出現(xiàn)Si-O-Al鍵的特2實驗結(jié)果與分析2.1包覆條件的探索本實驗研究了各種包覆劑對鋁粉的包覆情況表1不同包覆條件對制備鋁漿的影響44第7卷第1期2010年2月納米科技NanoscienceNanotechnologyNo1February2010圖2包覆后鋁粉的紅外光譜圖征吸收峰，表明鋁粉表面包覆了一層含硅聚合物膜。2.

9、3鋁漿粒徑分析圖3是本實驗制備的鋁漿粒度分布圖。從圖中可以看出，鋁粉平均粒度為24.40m。鋁粉累積到10%（D10）所對應(yīng)的粒度為12.72m，鋁粉累積到50%所對應(yīng)的粒度（D50）為22.14m，累積到90%（D90）所對應(yīng)的粒度為37.69m，即鋁粉粒度有80%的粒度都分布在12.72m-37.69m之間，表明鋁漿粒度分布均勻，分布范圍窄，保證了鋁漿的穩(wěn)定性能（以上數(shù)據(jù)均采用濟南潤之公司）。生產(chǎn)的rise2002激光粒度儀測量（a）可以看出，用水作溶劑制備鋁漿團聚較少，幾乎沒有焊合，具有較好的金屬效應(yīng)。從圖4（b）可以看出，鋁粉平均粒度分布在20m左右，鋁粒子成圓餅狀，表面光潔，沒有發(fā)生

10、卷曲，不僅有利于而且有利與光線的鏡反射，金提高鋁粉的遮蓋力。屬光澤度高，餅狀鋁粉耐摩擦，在調(diào)制涂料時不致從圖4（c）和圖4（d）可以看出，破壞而失去光澤7。徑粒分布較均勻，鋁粉片較薄，大概分布在200-邊緣較規(guī)則，可以增加光的散射，所300nm之間，以鋁粉的金屬效果就更加均勻。徑厚比80：1，因為鋁粉在球磨前經(jīng)過酒精分散，使鋁粉不容易黏聚集，在球磨過程中沒有或有少量發(fā)生二次重合、疊、穿孔、焊合，片狀化程度較好。2.5鋁粉EDS能譜圖元素分析圖5是用水作溶劑制備鋁粉的EDS能譜圖。從圖中可以看出，鋁的峰明顯強于硅和氧的峰，說從表2可以得到印證，氧所明鋁粉的含量占主導。占的質(zhì)量百分含量為5.17%

11、，說明鋁粉在球磨過鋁粉表面含有硅元素，所程中只有極少量被氧化。占的質(zhì)量百分含量為4.81%，說明鋁粉表面確實含有一層含硅聚合物膜，且起到保護鋁粉作用。包覆效果良好。2.4鋁漿表面的SEM電鏡分析圖4是用水作溶劑制備鋁漿的電鏡圖。從圖43結(jié)論1）通過硅烷偶聯(lián)劑、丙烯酸樹脂、乙酸乙酯等45第7卷第1期2010年2月納米加工工藝Nano-processingTechniqueVol7No1February2010圖4用水作溶劑制備鋁漿的電鏡圖量發(fā)生二次重疊、穿孔、焊合。采用X射線能譜儀（EDS）元素分析，O的相對百分含量為5.17%。Si的相對質(zhì)量百分含量為4.81%。3）經(jīng)表面包覆的鋁粉在改性助劑的助磨下，用水作溶劑制備片狀鋁粉是可行的。參考文獻12圖5用水作溶劑球磨制備的鋁粉-EDS能譜圖3456鄭水林.粉體表面改性M.北京：中國建材工業(yè)出版社，1995李鳳生.超細粉體技術(shù)M.北京：國防工業(yè)出版社，2000謝建良,陸傳林等.偶聯(lián)劑包覆片狀金屬磁粉電磁特性2008，(2)：292-294研究J.電子科技大學學報，陳振興.特種粉體M.北京:化學工業(yè)出版社,2004,296-297.作者簡介向紅?。?983-），男，碩士，研究方向：金屬粉體研究。蔡曉蘭（1965-），女，教授，博導，研究方向：主要從事特種金屬