铝粉在粉末涂料中的应用

铝粉在粉末涂料中的应用

¾概述

以凝胶工艺技术将二氧化硅包覆于铝粉表面，从而形成适合粉末涂料应用的铝粉，完全被非常稳定的纳米级二氧化硅层包裹，显示了优异的耐化学品性。

¾介绍

粉末涂料是涂料行业最主要的市场增长点，原因是粉末涂料有显著的生态学特点和极好的经济优势。而油漆需经过几次涂装才可达到较高涂膜厚度。经由粉末涂装，60-80µm的保护涂层一次就可以完成。更具优势的是，在喷涂过程中过喷粉末几乎全部可以收集重喷。通过避免浪费而提高效率。因此在粉末涂装应用过程中没有昂贵的废物清理成本，而油漆涂装却要计算废漆成本。

在近十年，特别是银金属效果在粉末涂料中越来越引起人们的兴趣。据估计有迈10%的现行粉末涂料是金属效果，随着颜料发展和审美趋势，高性能金属颜料将得到显著发展，从而会带动金属效果粉末强势增长。不是所有铝颜料都适合用于粉末涂料。然而依靠涂装应用技术和条件，一些金属效果颜料的性能不得不被考虑。

浮型和非浮型铝颜料

通常情况下，铝颜料被分为两种不同类型：浮型和非浮型

浮型颜料具有明显倾向流动到涂层表面，而且朝向几乎与涂膜平行，因此浮型铝粉具有很高的遮盖力，可以达到银的效果，甚至可以达到铬的效果。粉末涂装中使用浮型铝粉也显示出其缺陷，通常在抗划伤、

耐化学品及耐候方面表现较差。对粉末涂装而言，这些性能是必须的。所以需外涂保护性透明粉末涂料，而高价格的附加透明粉就形成一种劣势。

非浮型铝粉展现了较好的润湿性。与浮型铝粉涂装后倾向于流向

表面相比较，非浮型铝粉的倾向性降低很多，而非浮型铝粉能很好与粉末涂层的基料相结合，值得注意的是，非浮型比浮型在抗化学品和耐磨擦方面具有明显优势。非浮型铝粉不仅可以配制广泛的可能的颜色，甚至饱合银色，也可以和基料中的不透明带半透明颜料配合使用（通过干混或粘接方式）。普通例子是根据金属标准色RAL9007(灰铝色)，用粗粒径铝粉（平均粒径在35-50Hｍ）与灰基粉末混合即可（如RAL7005）。由于非浮型铝粉比浮型铝粉具有更好内在性能和广泛的颜色配合应用，所以非浮型铝粉更适合粉末应用。

因此这篇文章将主要讲述非浮型铝粉在粉末涂料中的应用。

非浮型铝粉的分类

现在可用于粉末涂料的四种铝粉如图1

类型A：表面仅由油酸包覆的铝粉（未经化学表面处理）

类型B：用无机二氧化硅作表面处理的铝粉

类型C：用有机聚合物表面处理的铝粉

类型D：采用无机溶胶包膜处理的铝粉

图表1：粉末铝颜料在粉末涂装中的应用（示意图）

细铝粉

A B

C D

干燥 2、干燥铝浆

1、湿磨

2、分类

1、无机溶胶包膜

¾用于粉末涂料的铝颜料产品

在球磨铝颜料颗粒时使用了特殊的润滑剂（如油酸），以使片状铝颜料具有很好的润湿性，同时显示出非浮型行为。想要的铝颜料通常是在石油溶剂中湿磨然后在真空状态下干燥而得到。

类型A（表面仅由油酸包覆而未经化学表面处理）

A类颜料在储存时易成团（尤其是粒径在小于30µm），这就意味着其成品储存期不能超过一年。使用了A类铝粉的粉末涂料的加工性能不好，在电晕喷涂过程中，其仅能稳定粉末的流动性，但易出现应用缺陷。在干混的铝粉末涂料应用时，铝粉易聚集在枪头。若是邦定的就不易产生这个问题。即使是邦定的，A类铝粉粉末涂料的抗化学品性也仅是中等的。因为A类铝粉缺少化学后处理。

类型B（用无机二氧化硅作表面处理）

用惰性二氧化硅作为铝粉表面无机包覆已经众所周知。1959年在专利文献中第一次被提到过，通常用硅酸钠或四乙氧基甲硅烷溶于水基有机溶剂中作为起始原料，二氧化硅会沉淀于铝颜料表面。在这个过程中，悬浮的铝颜料颗粒会被包覆一层SiO2 ，B类铝粉通常含有10% SiO2，SiO2 层候度大约60nm。用SiO2 包覆的B类铝粉具有下列性能：

在摩擦或电晕过程中有良好的带电性

优良的加工性能

非常适合邦定技术

如果没有特殊要求，其室内应用中有优良的耐化学品性 如今B类铝粉已是金属效果粉末配方中的典型产品。经常在这些产品中被用作效果颜料。

类型C（用有机聚合物作表面处理）

用有机聚合物对铝粉进行包覆是尽可能对被包铝粉提供保护层。如1981年专利所描述，非饱和有机单体在增稠剂和铝粉表面聚合。在这个工艺过程中铝粉表面被包覆一层聚合物（聚合物含量10% 层厚60纳米）。经过干燥过程后就形成可适用于粉末涂料（经摩擦或电晕技术）的C类型铝颜料。C类铝粉具有比B类更好的耐化学品性，而带电性和可加工性却不如B类。C类铝粉会经常出现关于剪切稳定性问题，尤其是在高速混合过程中。如与粉末干混或邦定，铝粉表面的聚合层易被破坏，或趋向于聚合层从片状铝粉核上分离开。由于聚合保护层的屏障效应降低，显然降低了其耐侯性和耐化学品性。

类型D（无机溶胶包膜铝粉）

纳米溶胶包膜技术对铝粉包膜是颜料包膜技术的新里程碑。将铝粉分散在乙醇溶剂中，加入定量水，再加入碱催化剂和四乙氧基甲硅烷。（图表2）

图2：铝粉溶胶包膜（示意图）

在包膜过程中必须保证所有组分均匀分散并保持调整到适当碱性PH 值。在持续搅拌的同时要进行加热，在铝薄片上就会形成纳米级SiO2 层。（图3）

图3：溶胶包膜铝颜料的工艺过程：

当溶胶过程结束，沉淀于表面的二氧化硅层完全将铝粉核包覆住，形成D类型铝粉。颜料悬浮液先过筛，再将过筛后溶剂通过压滤机除掉，最后在干燥过程中将残留溶剂和水通过烘烤滤网除掉。从而产生纯的被包膜的D型铝粉（含SiO2 10% 膜厚60nm），过筛和干燥过程产生粉状D型被包膜铝颜料（图3）。

紧密而均匀的溶胶包膜为铝颜料内核提供了理想的保护屏障，使其具有优异的耐化学品性。由于D类铝粉的溶胶包膜具高极性，所以该类铝粉表现出很好的颜料润湿性和优异的非浮性。因此在单层粉末涂装应用中有很好的耐划伤性。在电晕和摩擦涂装过程中，溶胶二氧化硅包膜显示出良好的带电性和简便的加工性能。溶胶包膜的D 型铝粉具有剪切稳定性，从而使D型铝粉特别适合邦定技术过程。 扫描电子显微镜下评价含有A、B、C、和D铝粉的涂装质量。

图4-7是类型A-D铝粉嵌入涂层聚合物基料所形成的电子显微镜横截面照片。通过比较这些截面照片，每种铝粉的表面在粉末中所带来的不同是很明显的。在图4中，A类铝粉表面沉积的少量油酸由于