水性涂料用铝粉颜料的改性.docx

黔第2期 0烈燃 v0132 no2水性涂料用铝粉颜料的改性 向红印 (深圳市中金岭南科技有限公司，广东深圳518122)摘要：分别以kh一550、丙烯酸树脂和两者的混合物对铝粉表面进行包覆改性，研究了不同包覆铝粉的耐酸性能，结果发现， 目前，应用于水性涂料的铝颜料的生产方法主要 以kh一550丙烯酸树脂共同包覆的铝粉具有更好的耐酸性能。 有物理保护法和化学保护法两种。物理保护法是在片 红外光谱(ftir)和x射线光电子能谱(xps)分析表明，kh550 状铝粉表面涂上一层透明的树脂保护膜，而化学保护和丙烯酸树脂通过共聚反应在铝粉表面形成了保护膜。以此改法则是用钝化剂处理片状铝粉，使其表面包覆一层不 性铝粉制备抽生铝颜料，通过扫描电镜(sem)和能谱仪(eds)对其进行了表征，发现铝粉颜料呈片状，氧含量低(517)，具 与水反应的钝化膜【1。当前，对溶剂型铝颜料直接表面有较好的金属光泽。将此铝颜料用于水性无铬锌基涂料，所制 包覆改性以制备水性铝颜料的研究较多。由于该方法备的涂料具有良好的金属光泽和耐腐蚀性。 是在铝颜料表面包覆一层亲水性的物质，这样制备的关键词：水性涂料；铝粉；改性；硅烷；丙烯酸树脂；无铬 水性铝颜料光泽度势必会下降，甚至失去金属光泽【2圳。中图分类号：tq6213 文献标志码：a而直接通过球磨未处理的铝粉来制备水性铝颜料的途文章编号：1004227x(2013)02006205modmcation of aluminum powder pigment for 径却很难实现。因为铝粉会与水溶性介质发生反应，water-based coatingsxiang hong-yin 放出氢气，导致容器中压力增加而“胀桶”，进而引abstract：the surface of aluminum dowder was coated and 发安全事故【5。6j。modified bv kh一550，acrylic resin and their mixturethe 研究表明，硅烷具有优异的金属防腐性能【78j，丙acid resistance of differently coated aluminum powders was烯酸树脂具有优异的成膜性能。本文用kh一550和羟基studiedit was found that the aluminum powder coated bykh550 and acn，lic resin has better acid resistancethe 丙烯酸树脂对铝粉表面包覆改性，包覆改性后的铝粉 analysis of fourie卜仃ansfb瑚infrared spec仃dmeter(ftir) 在水性溶剂中研磨制备水性铝颜料，研磨出来的铝颜 and x-my photoelectron spectroscopy(xps)indicated mat a 料在水中具有良好的分散性和稳定性。此法可以省去drotective film was fbnned on the surface of aluminum 对铝颜料的再处理，而不会破坏铝颜料的金属光泽，powders bv copolvmerization reaction of kh550 with 具有广泛的应用前景【9。1|。acrylic resin a water-based aluminum pigment wasprepared with the modified aluminum powder，which was 1实验characterized by scailning electmn micmscope(sem)and 11主要试剂及设备ene唱y-dispersive spectmscopy (eds) the aluminum试验材料为100 mm40 mm2 mm的铁皮。铝powders are flakesh印ed，have low oxygen content(51 7)，a11d exhibit good metallic lusterthe waterbased chmme 粉，纯度99，湖南金天铝粉公司；片状锌粉，纯度free zinc-based coating prepared wim the aluminum pigment 99，自制；硅烷偶联剂kh一550、有机硅，分析纯，has favorlble metauic luster and cohdsion resistance 南京辰工有机硅材料有限公司；丙烯酸树脂、水性树 keywords： water-based coating； aluminum powder； 脂，工业级，佛山市高明同德化工有限公司；异丙醇、 modification：silane；acrylic resin：chromef-ree乙酸乙酯、酒精，分析纯，西陇化工；蒸馏水，自制。authors address：shenzhen nonfemet technology co，ltdshen2血en 518122china主要设备包括：上海科仪厂制造的jb50一d型电动 搅拌器和zxb一725型恒温水浴箱，由昆明机床厂订制收稿日期：2叭2_09-10 修回日期：2叭2一lo_18的jdia一40型滚筒式球磨机，荷兰飞利浦公司制造的作者简介：向红印(1983一)，男，江西抚州人，硕士，工程师，从事金属粉体功能材料及其相关涂料研究。 xl30esemtem电子显微镜，美国伯乐fts一40型傅作者联系方式：(email)xi曲ongyin03011310yalloocomcn。里叶红外光谱仪，日本理学生产的dma)【3b型x射线能万方数据衍射仪和zsxl00e型x射线能谱仪。 包覆的铝粉05 g于250 ml的磨口锥型瓶中，加入12实验方法 ph=l的盐酸100 ml，隔一定时间读取排开水的数值， 在三口烧杯中加入20份质量的异丙醇，取10份总共腐蚀时间为100 h。涂层附着力采用划格法，测试 质量的铝粉置于三口烧瓶中充分搅拌l h，然后在水浴与评价参照gbt 9286_1998色漆和清漆漆膜的划格 中升温至60 oc，配成a溶液。取2份质量的硅烷偶联 试验；铅笔硬度测试参照gbt 67391996涂膜硬 剂加入2份质量的纯净水和12份质量的无水乙醇，配 度铅笔测定法；耐盐雾测试参照gbt 101251997成b溶液。取丙烯酸树脂溶液4份加热溶解后，加入 人造气氛腐蚀试验盐雾试验测试。6份质量的乙酸丁酯配成c溶液。向a溶液中只滴加2结果与讨论b液、只滴加c液，或同时滴加b液和c液进行反应，21不同包覆铝粉的耐酸性能控制滴加时间在30min以内。滴加完后，再搅拌10 h。图1是不同包覆铝粉的析氢量。 反应结束后，真空抽滤，用无水乙醇洗涤产物，干燥700后分别得到硅烷改性铝粉、丙烯酸树脂改性铝粉和硅600500烷与丙烯酸树脂共同包覆改性铝粉。宣40013水性铝粉颜料的制备、300x200将改性铝粉、蒸馏水、钢球以及助磨剂加入到球100磨机中球磨24 h。实验中，固定球磨浓度(改性铝粉100 g，0加蒸馏水300 ml)，球料比控制在30：1。球磨完成后图l裸铝和不同包覆铝粉的析氢实验出料、静置，再抽去上清液，80。c真空烘干后便得到figure 1hydrogen evolution test of bare aluminum and水性涂料用铝粉颜料。differently coated aluminum powders14涂料和涂层的制备从图1可以看出，原料铝粉的潜伏期是2 h，即在(1)按配方用量将各组分搅拌均匀即得无铬锌基这2 h内没有氢气产生。其主要原因是铝粉表面有一层涂料，其配方如下： 氧化物，在一定时间内阻止酸对铝粉的腐蚀。但铝粉 片状锌粉22 g 表面的氧化膜的耐酸性不好，故潜伏期之后，裸露的 水性铝颜料 4 g 活性铝粉与酸迅速发生反应，产生大量的氢气，在100 h 水性树脂 40 g 内产生了近700 ml的氢气。丙烯酸树脂包覆的铝粉 有机硅 8 g (曲线c)的潜伏期达到4 h。因为丙烯酸树脂中的羟基、 纯净水 2 59 氨基、羧基等活性基团会与al-oh基团发生酯化、醚 添加剂 少量 化等交联聚合反应，在铝粉表面形成具有非均相结构 以溶剂型铝粉颜料制备的无铬锌基涂料配方基本的网状聚合物【14。5|，阻止酸对铝粉的腐蚀。但树脂膜同上，把其中的水性铝颜料换为溶剂型铝颜料即可。 的耐酸、耐水性能不好，它未能阻止小分子物质(水、 (2)涂层制备工艺流程：试样一酸洗砂纸打磨一h+等)渗透过树脂膜与铝粉接触，故可发生反应而产生 丙酮清洗一涂覆(二涂二烘)干燥(80 oc预烘15 min，氢气。硅烷包覆的铝粉潜伏期为2 h，因为硅烷水解成 再280 oc固化30 min)。si_oh，它与铝粉表面的-oh形成氢键，在界面上生15结构表征与性能测试成si3一al共价键而形成硅烷膜，但该键本身的水解(1)采用荷兰飞利浦公司制造的xl30esem稳定性不好，容易水解成si_oh和al_oh基团，导 tem电子显微镜对涂层进行sem分析；采用美国伯致硅烷膜从金属表面脱落，从而产生大量氢气【l 618j。 乐fts一40型傅里叶红外光谱仪进行ftir分析，溴化 硅烷和丙烯酸树脂包覆的铝粉的潜伏期为6 h，说明其 钾压片；采用日本理学生产的dmax一3b型x射线衍 耐酸性明显增强，但它在100 h内产生180 ml左右的 射仪进行xrd分析；采用日本理学生产的zsxl00e型氢气，说明在包覆过程中有的铝粉并未被包覆或包覆x射线能谱仪进行xps分析。 不完全。 (2)铝粉颜料采用酸腐蚀的方法，以其氢气的析22不同包覆铝粉的ftir分析出量来表征包覆效果的好坏12。1 31。称取不同条件下 图2是不同包覆铝粉的红外光谱图。从谱图a可以万方数据看出，丙烯酸树脂包覆铝粉的漫反射红外光谱主要吸 x光电子能谱图，表1为xps分析结果。从表中可以 收范围在1 700500 cml内。在1 72972 cnrl出现的 看出，sils测试数据在10217 ev处，而si02电子结 是酯类或含有羧基化合物的c=o伸缩振动吸收峰，在 合能为10321037 ev，表明铝粉表面并不完全是二1 44938 cln-1附近出现的较宽吸收带是烷烃中c_h所 氧化硅的峰，而是形成了类似(a1203k行si02的化学物 引起的伸缩振动吸收峰，在11689 cm_1出现的吸收带 质；从表中c ls测试数据可以看出，铝粉表面含有碳 是酯类或含有羧基化合物的c-o伸缩吸收峰，在 原子与碳原子或碳原子与氢原子形成的单键_c_c或70205 cm_1出现的较强吸收峰是苯环上含有取代物的 _ch(为2846 ev)，即铝粉表面含有大量的憎水基团 ch弯曲吸收峰，在3 47241 c汀1出现羟基的伸缩吸 _c_c长链，碳原子与氧原子形成的单键co(为 收峰和2 92298 cnl_1出现的烷烃伸缩吸收峰可能是在28621 ev)表明，铝粉表面有大量的c与羟基(_oh) 包覆溶液中加有醇类溶剂所引起的。上述结果表明铝 结合，碳原子与氧原子形成的双键c=o(28784 ev)主 粉表面包覆了丙烯酸树脂膜。从谱图b可以看出， 要来源于羟基丙烯酸树脂。由此可知，在包覆铝粉表kh一550包覆铝粉的漫反射红外光谱吸收范围在1 600 面不仅有二氧化硅膜，而且有丙烯酸树脂膜，且该表500 cln_1内。在1 63397 cm-1处出现了nh弯曲吸 面是憎水的。 收峰，在l 466 cm1 322 cnl-1之间出现较宽的吸收带，这是烷烃中的ch伸缩振动吸收峰，说明kh550包覆在铝粉表面；在l 13571cin-1处出现的是si廿al伸缩振动吸收峰，表明kh一550在铝粉表面通过化学键 形成了硅烷膜。从谱图c可以看出，经过kh一550和树 脂包覆的铝粉在1 72849 cm1附近的吸收峰强度相对谱图a中l 72972 cnl-1附近的吸收峰减弱很多，这是eb|d因为kh一550与丙烯酸树脂通过c=o双键发生了共聚 图3 硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉表面的xps谱图反应；在114544 cnl1附近出现了si0卜al伸缩振动figure3xps spectrum of surface of aiuminum powders coated with snane and acrylic resin吸收峰，是因为经过kh550和丙烯酸树脂包覆后，铝表l硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉xps分析结果粉表面的si_oh与al-oh在界面上形成了si0卜a1 table l xps analysis resuits of aluminum powders coatedwith silane and acrylic resin共价键，表明kh一550和羟基丙烯酸树脂通过共聚反应组成 w官能团 玩ev在铝粉表面形成了保护膜。c 1s7662 si4+ 10217o 1s1642c=028784si 2p350c028621al 2p346cc一28486 与碳结合的氧(单键)53366 与碳结合的氧(双键)53198 氧化物中氧 5305 l232 xrd分析 图4是包覆铝粉的xrd谱图。4000 3500 3000 2500 2000 l 500 looo 500 aif21盯cm一1图2不同包覆铝粉的红外光谱图川；220)“掣一ll俨z，figure 2 ir spectra of differently coated aluminum powders23硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉的结构表征 2口(。)231 xps分析 图4硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉的xim谱图figure 4 xrd spectrum of aluminum powders coated with图3是硅烷和丙烯酸树脂包覆的铝粉表面宽扫描snane and acryiic resin 万方数据从图4中可以看到有很强的铝晶面衍射峰，并没覆2 2柙不同锚瞰科所利尢错镡墨霖层bg侄舵对比table 2comparison be撕een performances of觚o cr-free有看到二氧化硅的晶面衍射峰，但根据红外光谱ftirzincbased coatings prepared with different aluminum和x射线光电子能谱可知，在铝粉表面有二氧化硅膜 旦!坚竺!竺和丙烯酸树脂膜。由此推断，在铝粉表面生成的是无 颜料榭观“耐硬度附爹7茹定型态的二氧化硅膜。24水性铝颜料的sem分析 改性铝颜料盎巷好500 3h 4 25。图5是以硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉制备的水性溶剂型铝颜料淼 35。 2h324。铝颜料的sem照片。从图中可以看出，铝粉表面有一层包覆膜，降低了铝粉的表面能，故改性铝颜料分散 通过对比发现，所研究的水性铝粉颜料用于水性 较好，团聚较少，几乎没有焊合。铝粉颜料平均粒度 锌基涂料无论是在金属光泽还是耐盐雾时间上都要优 在20 um左右，铝粒子成圆饼状，表面光洁，没有发 于溶剂型铝颜料制备的水性锌基涂料，具有良好的耐 生卷曲，粒径分布较均匀，铝粉片厚较薄，平均片厚 腐蚀性能和金属光泽。度在200300 nm之间，边缘规则，其片状化程度好， 3结论径厚比100：l，具有较好的金属效果。一 kh一550丙烯酸树脂对铝粉具有包覆改性的效果，铝粉经其包覆后析氢量大大降低，为原料铝粉的14，大大提升了铝粉的耐酸性能。将硅烷和丙烯酸树脂包 覆改性的铝粉在水中研磨制备了水性铝颜料，该颜料 在水中具有良好的分散性和稳定性。通过ftir红外 光谱检测发现，铝粉表面有丙烯酸树脂膜和二氧化硅图5水性改性铝颜料的sem图膜；通过x光电子能谱(xps)确定铝粉表面sils结合figure 5sem images of waterborne modi6ed aluminum能为10217 ev，si的质量分数为35，表明铝粉表面pigment形成了类似(a1203k刀si02的物质；通过xrd分析确定25水性铝颜料的eds分析铝粉表面生成的si02膜呈无定型态；扫描电镜(sem) 图6是以硅烷和丙烯酸树脂包覆铝粉制备的水性和能谱仪(eds)分析表明，铝颜料成片形状好，含氧 铝颜料的eds能谱图。氧的质量分数为517，说明量低(517)，金属光泽好。将此铝颜料用于水性无铬铝粉在球磨过程中只有极少量被氧化，铝粉颜料的金 锌基涂料，所得涂层具有良好的耐腐蚀性能和金属光属光泽度很好。 泽。 oai参考文献：【1】 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