摘要Abstracts
摘要：通過對(duì)片狀鋁粉表面進(jìn)行不同的包覆處理，研究了不同包覆處理方式對(duì)片狀鋁粉在粉末涂料中耐酸堿性能和低溫綁定效果的影響，以及不同包覆處理方式的片狀鋁粉綁定后在回收粉中的色相穩(wěn)定性。研究表明：采用無機(jī)二氧化硅和有機(jī)高分子協(xié)同包覆處理的片狀鋁粉耐酸堿性能大幅提升；采用最外層增加低Tg點(diǎn)(56 ℃)有機(jī)活性包覆層的片狀鋁粉綁定效果最好，且回收粉色相穩(wěn)定性好。
0 引言
鋁顏料由于具有亮麗的金屬質(zhì)感、隨角異色效果、隔熱、以及優(yōu)異的遮蔽性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車涂料、3C涂料、粉末涂料等。由于鋁是金屬材料，導(dǎo)電性能好、帶電性能差；粉末涂料主要成分是高分子材料，導(dǎo)電性能差、帶電性能好，兩者混合靜電噴涂時(shí)存在帶電性能不一致問題，容易引起漆膜色差[1]；以及鋁是兩性金屬易腐蝕，因此，片狀鋁粉在粉末涂料中使用時(shí)存在腐蝕變色問題，尤其是在戶外型材、廚衛(wèi)用品等使用條件惡劣的產(chǎn)品上更為嚴(yán)重。
粉末涂料尤其戶外型材、廚衛(wèi)用品等金屬粉末涂料的使用條件復(fù)雜苛刻，耐酸堿腐蝕測(cè)試是其品質(zhì)保證的重要環(huán)節(jié)。影響涂層耐酸堿腐蝕的因素很多，對(duì)于金屬粉末涂料來說，主要影響因素在于以下兩個(gè)方面：首先是塑粉本身的交聯(lián)密度和漆膜厚度問題，交聯(lián)密度越高、漆膜厚度越厚，對(duì)鋁片的保護(hù)性能越好，耐腐蝕性能越高；其次是片狀鋁粉本身的耐酸堿腐蝕能力影響，尤其在漆膜薄的體系，片狀鋁粉本身耐腐蝕的影響更大。
除耐酸堿腐蝕性能外，漆膜的色相同樣重要。粉末涂料由于是塑料粉末直接熔融固化，對(duì)顏填料的潤(rùn)濕、流平、分散等都沒有液體涂料好，尤其是金屬粉末涂料，如果鋁片不能很好的分散、定向，很難有優(yōu)異的漆膜效果，尤其“隨角異色”效果[2]。所以目前市場(chǎng)主流是采用綁定的方式讓片狀鋁粉和塑料底粉緊密的聯(lián)系在一起，使其噴涂后色相均勻，色差小。綁定即在特定的綁定機(jī)內(nèi)，在攪拌的狀態(tài)下加熱使塑料底粉升溫至T g點(diǎn)附近開始軟化發(fā)黏，然后加入片狀鋁粉，使其粘附在塑料底粉表面，再快速冷卻達(dá)到相互粘連綁定鋁顏料由于具有亮麗的金屬質(zhì)感、隨角異色效果、隔熱、以及優(yōu)異的遮蔽性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車涂料、3C涂料、粉末涂料等。由于鋁是金屬材料，導(dǎo)電性能好、帶電性能差；粉末涂料主要成分是高分子材料，導(dǎo)電性能差、帶電性能好，兩者混合靜電噴涂時(shí)存在帶電性能不一致問題，容易引起漆膜色差[1]；以及鋁是兩性金屬易腐蝕，因此，片狀鋁粉在粉末涂料中使用時(shí)存在腐蝕變色問題，尤其是在戶外型材、廚衛(wèi)用品等使用條件惡劣的產(chǎn)品上更為嚴(yán)重。粉末涂料尤其戶外型材、廚衛(wèi)用品等金屬粉末涂料的使用條件復(fù)雜苛刻，耐酸堿腐蝕測(cè)試是其品質(zhì)保證的重要環(huán)節(jié)。影響涂層耐酸堿腐蝕的因素很多，對(duì)于金屬粉末涂料來說，主要影響因素在于以下兩個(gè)方面：首先是塑粉本身的交聯(lián)密度和漆膜厚度問題，交聯(lián)密度越高、漆膜厚度越厚，對(duì)鋁片的保護(hù)性能越好，耐腐蝕性能越高；其次是片狀鋁粉本身的耐酸堿腐蝕能力影響，尤其在漆膜薄的體系，片狀鋁粉本身耐腐蝕的影響更大。
除耐酸堿腐蝕性能外，漆膜的色相同樣重要。粉末涂料由于是塑料粉末直接熔融固化，對(duì)顏填料的潤(rùn)濕、流平、分散等都沒有液體涂料好，尤其是金屬粉末涂料，如果鋁片不能很好的分散、定向，很難有優(yōu)異的漆膜效果，尤其“隨角異色”效果[2]。所以目前市場(chǎng)主流是采用綁定的方式讓片狀鋁粉和塑料底粉緊密的聯(lián)系在一起，使其噴涂后色相均勻，色差小。綁定即在特定的綁定機(jī)內(nèi)，在攪拌的狀態(tài)下加熱使塑料底粉升溫至T g點(diǎn)附近開始軟化發(fā)黏，然后加入片狀鋁粉，使其粘附在塑料底粉表面，再快速冷卻達(dá)到相互粘連綁定的效果。在綁定過程中如果溫度控制不好，容易使塑料底粉提前固化結(jié)團(tuán)造成損失[3-4]。
本文通過對(duì)片狀鋁粉表面進(jìn)行不同的包覆改性，研究了包覆改性后片狀鋁粉的耐腐蝕性能，重點(diǎn)研究了不同的包覆改性片狀鋁粉對(duì)粉末涂料綁定效果的影響。
1 試驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
鋁顏料(未包覆處理)：粒徑(D 50)40 μm，微米級(jí)的片狀鋁粒子含量65%,自制；正硅酸乙酯-28(TEOS)，張家港新亞化工有限公司；丙烯酸單體、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯，丙烯酸羥乙酯，南京化學(xué)試劑有限公司：偶氮二異丁腈，上海凱茵化工；氨水：25%含量，工業(yè)級(jí)，市售；粉末涂料(黑色)，T g點(diǎn)67℃，阿克蘇D2015；異丙醇、D70，工業(yè)級(jí)，市售；氫氧化鈉、鹽酸，化學(xué)純，南京化學(xué)試劑有限公司。
1.2 儀器設(shè)備
色差儀：BYK7030，德國(guó)畢克儀器；恒速電動(dòng)攪拌器，JJ-LB，水浴鍋，金壇儀器廠；靜電噴槍，德國(guó)Wagner；模擬回收粉循環(huán)測(cè)試設(shè)備，定制；綁定機(jī)，煙臺(tái)歐冠粉末設(shè)備有限公司。
二 性能測(cè)試和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
2.1 耐酸堿性能測(cè)試
參照HG/T2006測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。按標(biāo)準(zhǔn)制好樣板，配置5%、10% HCl溶液和5%、10% NaOH溶液。將相應(yīng)濃度的HCl溶液和NaOH溶液分別滴在漆膜表面，分別記錄1h、2h、3h后目視觀察漆膜的變色情況，變色越小、耐腐蝕時(shí)間越長(zhǎng)，說明樣品處理越好。
2.2 綁定效果測(cè)試
參照HG/T2006測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。按片狀鋁粉：塑粉=3：97比例干混配制成金屬粉末涂料，記為金屬粉1；將同比例的塑粉和片狀鋁粉進(jìn)行綁定處理，然后將綁定后的金屬粉進(jìn)行過篩除去團(tuán)結(jié)的大顆粒，記為金屬粉2。然后將上述金屬粉分別在40kV、67kV的高低電壓下靜電噴涂制成樣板。比較同一款片狀鋁粉在干混和綁定情況下制成樣板的色差，色差越小表示處理的樣品處理地越好。
2.3 模擬回收粉色相穩(wěn)定性測(cè)試
將上述干混以及綁定制作好的金屬粉分別在循環(huán)測(cè)試設(shè)備中循環(huán)1遍、3遍，然后把循環(huán)測(cè)試后的金屬粉再靜電噴涂制成樣板，對(duì)比測(cè)試循環(huán)前后的色差，色差越小說明樣品處理越好。
3 表面處理片狀鋁粉樣品制備
3.1 半成品a制備
分別稱取鋁顏料100g和異丙醇300g，放入燒杯中混合攪拌清洗2h，去除鋁顏料表面的油脂，然后采用布氏漏斗抽濾，得到固含量為65%左右的半成品鋁顏料(編號(hào)為半成品a)。
3.2 樣品b制備
稱取10g異丙醇和10g TEOS混合均勻，得A溶液；稱取10g異丙醇和1g氨水混合均勻，得B溶液。稱取有效固含的半成品a100g、異丙醇400g，將半成品a和異丙醇放入三口燒瓶中混合攪拌0.5h，分散均勻，再水浴升溫到50 ℃，然后向三口燒瓶中分別滴加A溶液和B溶液，2h滴加完畢，保溫6h后采用布氏漏斗抽濾，抽濾后的濾餅再減壓烘干得二氧化硅包覆片狀鋁粉(編號(hào)為樣品b)。
3.3 樣品c制備
稱取上述樣品b 100g和D70溶劑油500 g，放入三口燒瓶中混合攪拌0.5 h，分散均勻，再水浴升溫到80 ℃，然后向三口燒瓶中分別加丙烯酸單體、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯和偶氮二異丁腈，添加完畢，保溫6 h后采用布氏漏斗抽濾，抽濾后的濾餅再減壓烘干得二氧化硅和有機(jī)樹脂協(xié)同包覆片狀鋁粉(編號(hào)為樣品c)。
3.4 樣品d制備
把上述樣品c的有機(jī)包覆層厚度降低一半制得新樣品，取新樣品100 g和D 70溶劑油400 g，放入三口燒瓶中混合攪拌0.5 h，分散均勻，再水浴升溫到80 ℃，然后向三口燒瓶中分別加丙烯酸單體、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥乙酯和偶氮二異丁腈，添加完畢，保溫4 h后采用布氏漏斗抽濾，抽濾后的濾餅再減壓烘干得最外層增加低T g點(diǎn)有機(jī)活性包覆層的片狀鋁粉(編號(hào)為樣品d)。樣品d最外層樹脂的T g為56 ℃左右，中間層樹脂的T g為175 ℃左右(如圖1所示)。樣品b、c、d表面處理后的電鏡圖片如圖2所示。
4 結(jié)果與討論
4.1 不同表面處理的片狀鋁粉耐酸堿性能
不同表面處理的片狀鋁粉做耐酸堿測(cè)試，漆膜表面滴加酸堿后狀態(tài)如圖3所示，不同表面處理的片狀鋁粉的腐蝕情況詳見表1。
由表1可知，不同表面處理的片狀鋁粉耐腐蝕性能(耐酸性都很好，主要看耐堿性能)，從好到差依次為：c＞d＞b，樣品b耐堿性能最差，樣品c耐堿性能最好。分析認(rèn)為，樣品b、c、d都是TEOS在堿性條件下水解形成二氧化硅薄膜包覆于片狀鋁粒子表面，TEOS溶膠凝膠沉積于鋁片表面形成致密的二氧化硅膜能夠保護(hù)鋁片阻擋外界腐蝕性物質(zhì)，但是二氧化硅本身耐酸性好，耐堿性差，與堿反應(yīng)形成硅酸鹽失去對(duì)鋁片的保護(hù)作用，如圖3b，即使5% NaOH腐蝕也很嚴(yán)重(考慮b只有一層二氧化硅包覆，所以酸堿的濃度都減半)。樣品c在二氧化硅包覆的基礎(chǔ)上增加了一層丙烯酸樹脂包覆，交聯(lián)密度高，T g點(diǎn)高，在塑粉樹脂成膜過程中鋁片外層的丙烯酸樹脂不受破壞依然能很好的保護(hù)鋁片，所以耐酸堿性能最好。樣品d在二氧化硅層的最外層包覆了兩次有機(jī)樹脂，一層高交聯(lián)密度、高T g點(diǎn)的丙烯酸樹脂；一層低交聯(lián)密度、低T g點(diǎn)的丙烯酸樹脂。為了最大程度保持鋁片的金屬光澤，第一層丙烯酸樹脂的厚度降低了，第二層是低交聯(lián)密度、低T g點(diǎn)丙烯酸樹脂，在塑粉樹脂成膜過程中自身容易熔融且參與反應(yīng)，減少對(duì)鋁片的保護(hù)，所以d的耐腐蝕性能比c差。
4.2 不同表面處理的片狀鋁粉綁定效果的影響
片狀鋁粉在靜電噴涂過程中由于和塑粉帶電性的差異以及密度的差異容易發(fā)生分離，使漆膜顏色不均勻，回收粉中片狀鋁粉和塑粉分離難以二次使用，所以在金屬粉的生產(chǎn)中綁定工藝越來越重要。片狀鋁粉越容易綁定、綁定后越穩(wěn)定效果越好。高低電壓綁定前后效果如圖4所示，色差數(shù)據(jù)見表2；循環(huán)分離穩(wěn)定性測(cè)試后效果如圖5所示，色差數(shù)據(jù)見表3。
由表2可知，樣品a在高低電壓下整體色差變化最大，樣品c變化最??；a、b樣品綁定后的色差變化明顯小于未綁定的樣品；c綁定前后色差變化最小。由表3可知，樣品a在分離1次、3次測(cè)試后色差最大；樣品b次之；樣品c色差變化最小。
樣品a表面為無機(jī)二氧化硅包覆，與塑料底粉的匹配性沒有樣品b、c好，雖然綁定能有效減小色差，但是相對(duì)于b、c分離測(cè)試后色差要大。樣品c表面為T g點(diǎn)低、活性高的有機(jī)物，在綁定過程中c表面的有機(jī)物開始軟化促進(jìn)鋁粉與塑料底粉的連接，所以綁定效果最好，循環(huán)分離1次、3次測(cè)試后色差變化不是很大。尤其樣品c在綁定后分離3次后的色差比分離1次后還要小，在循環(huán)分離測(cè)試過程中，細(xì)粒徑的塑料底粉和鋁粉都容易被吸走，鋁粉的整體含量少，噴涂后L值會(huì)相對(duì)降低，而樣品c與塑料底粉的連接效果好，循環(huán)分離3次后細(xì)的塑料底粉被吸走的比例比鋁粉多，鋁粉的相對(duì)含量高噴涂后L值略高。在未綁定情況下更為明顯，攪拌混合時(shí)樣品c活性高與塑料底粉在摩擦力下連接的強(qiáng)度比樣品a、b明顯高，所以相對(duì)綁定后更為明顯。
5 結(jié)語
不同的包覆方式對(duì)鋁片的耐腐蝕保護(hù)都能起到作用，二氧化硅+高交聯(lián)密度丙烯酸樹脂包覆的樣品耐酸堿性能最好；二氧化硅+低T g點(diǎn)高活性丙烯酸樹脂包覆的樣品耐酸堿性能次之；采用二氧化硅直接包覆的樣品最差。在綁定效果上，二氧化硅+低T g點(diǎn)高活性丙烯酸樹脂包覆的樣品最好；二氧化硅+高交聯(lián)密度丙烯酸樹脂包覆的樣品次之；采用二氧化硅直接包覆的樣品最差。
片狀鋁粉本身活性高，尤其在粉末狀時(shí)表面沒有保護(hù)層是非常危險(xiǎn)的，在選擇保護(hù)層時(shí)需要考慮對(duì)鋁片的色相影響、耐酸堿性能影響、綁定效果影響、成本影響等等。綜上所述，采用二氧化硅層做底，有機(jī)樹脂做面的多層包覆處理能很好的平衡耐酸堿性能和綁定效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 曾歷,劉亮,李勇,等.聚酯樹脂對(duì)金屬粉末涂料性能的影響[J]．涂料工業(yè),2023,53(3):1-7.
[2] 張海鋒,蔡勁樹.金屬粉末涂料的穩(wěn)定性研究[J]．涂層與防護(hù),2022,43(6):18-23.
[3] 侯海濤,陸建樓,李桂林,等.仿電鍍銀粉末涂料的制備[J]．中國(guó)涂料,2022,35(1):26-29.
[4] 董帥,張海萍,邵媛媛,等.冷邦定法制備金屬粉末涂料[J]．化學(xué)環(huán)境,2019,38(6):1420-1426.
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