颜料铝粉的表面包覆及在涂料中的应用

论文摘要

片状铝粉（颜料铝粉）是一种现在应用非常广泛的金属粉体颜料,其形貌呈鳞片状,直径大约在3-70μm之间,径厚比（直径与厚度之比）约在60-150之间。因其具有良好的金属光泽和特殊的“随角异色”效应,它主要应用在化工涂料、汽车表面漆、印刷油墨和塑料加工等方面。近年来,随着人们环保意识的增强和环保法规的完善,传统的溶剂型涂料逐渐被更为环保的水性涂料所替代。随之而来的问题是,当鳞片状铝颜料应用于水性涂料中时,易和水发生析氢反应（又称发气反应）,这样就给生产和应用带来极大的安全隐患,并且还会削弱铝颜料的金属光泽。因此,水性涂料用颜料铝粉必须经过表面处理。本文采用溶胶—凝胶法对颜料铝粉进行包覆。首先是以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱物,采用溶胶—凝胶法在颜料铝粉表面形成一层致密的晶态非晶态混合无定型的SiO2包覆层,以提高颜料铝粉的耐酸碱性。通过实验研究结果表明SiO2包覆颜料铝粉的最佳实验条件为：取一定量的颜料铝粉,铝硅比（Al／TEOS,摩尔比）为5,水硅比为30,并流缓慢滴加A、B料的方式,浓度为3%左右的氨水做催化剂,反应时间为6小时,反应温度为40℃,经此方法处理后的颜料铝粉,其耐酸碱性得到了很大提高,在pH值=1或pH值=11的酸碱溶液中,长时间反应仅有微量氢气析出,但其光泽度下降了30%左右。在此基础上,为了提高包覆铝粉的光泽度,以TEOS／VTES共同为前驱物,通过分析其包覆机理,优化工艺条件,最终在颜料铝粉表面包覆一层致密的包覆层。其最佳实验条件为：取一定量的原料铝粉,VTES. TEOS的体积比为3/2,总量约占体系总体积的5%-10%,适量的无水乙醇、氨水和水体积比为6/5,总量约占体系总体积的10%左右,反应温度为50℃,反应6小时。经此方法处理后的颜料铝粉在pH值=1或pH值=11的酸碱溶液中,长时间反应仅有微量氢气析出,计算得出保护因子可以达到99%。并且其光泽度较SiO2包覆有了很大提高,和原料铝粉相比仅下降10%左右。最后,采用实验制备的两种包覆铝粉做了溶剂型铝粉涂料及水性铝粉涂料中的应用研究。通过实验验证,本实验制备的包覆铝粉在应用与溶剂型涂料时,SiO2包覆铝粉、TEOS／VTES包覆铝粉的漆膜耐酸性及耐碱性都很好；但SiO2包覆铝粉漆膜有颗粒,不平整,光泽度较差。TEOS／VTES包覆铝粉漆膜平整,光泽度较高。在应用于水性涂料时,其综合性能已经接近国外同类型产品的性能。但存在遮盖力及抗脱落性稍差的问题。本课题的研究为我国水性铝粉涂料的发展起到了很大的推动作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 颜料铝粉的性能及发展趋势
• 1.2.1 颜料铝粉的性能
• 1.2.2 颜料铝粉的发展趋势
• 1.3 颜料铝粉的表面处理方法
• 1.3.1 腐蚀抑制剂法
• 1.3.2 包覆膜法
• 1.4 颜料铝粉在涂料中的应用
• 1.4.1 铝粉涂料的应用领域
• 1.4.2 铝粉涂料的组成
• 1.4.3 水性闪光铝粉漆现存问题
• 1.5 论文的研究背景和研究内容
• 1.5.1 论文的研背景及意义
• 1.5.2 论文的研究内容
• 第二章 颜料铝粉的二氧化硅包覆
• 2.1 前言
• 2.2 实验原料及工艺过程
• 2.2.1 实验药品及规格
• 2.2.2 实验仪器及规格
• 2.2.3 实验步骤
• 2包覆效果的表征方法'>2.3 颜料铝粉SiO₂包覆效果的表征方法
• 2.3.1 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.2 X射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.3.3 稳定性分析（耐酸碱性测试）
• 2.3.4 保护因子计算
• 2.3.5 光泽度分析
• 2包覆颜料铝粉的机理分析'>2.4 SiO₂包覆颜料铝粉的机理分析
• 2在颜料铝粉表面成膜的热力学分析'>2.4.1 SiO₂在颜料铝粉表面成膜的热力学分析
• 2在颜料铝粉表面成膜的化学键结合分析'>2.4.2 SiO₂在颜料铝粉表面成膜的化学键结合分析
• 2.4.3 库仑静电引力相互吸引机理
• 2.5 影响颜料铝粉包覆效果的实验条件
• 2.5.1 反应时间的确定
• 2.5.2 反应温度的确定
• 2.5.3 铝硅比（Al/TEOS,摩尔比）的影响
• 2.5.4 水硅比的影响
• 2.5.5 加料方式的影响
• 2.5.6 催化剂类型及用量的影响
• 2包覆型颜料铝粉的各种性能表征'>2.6 优化条件下制得SiO₂包覆型颜料铝粉的各种性能表征
• 2.6.1 SEM分析
• 2.6.2 XPS分析
• 2.6.3 耐酸性分析
• 2.6.4 光泽度分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 颜料铝粉的正硅酸乙酯/硅烷混合包覆
• 3.1 前言
• 3.2 TEOS—VTES混合包覆过程机理
• 3.3 样品表征方法
• 3.4. 实验药品及实验步骤
• 3.4.1 实验药品及规格
• 3.4.2 实验步骤
• 3.5 TEOS/VTES混合包覆颜料铝粉过程的影响因素分析及优化
• 3.5.1 VTES与TEOS比例的影响
• 3.5.2 反应温度的影响
• 3.5.3 催化剂加入量的影响
• 3.5.4 水量的影响
• 3.6 最佳制备条件下制得样品的各项性能表征
• 3.6.1 SEM分析
• 3.6.2 耐酸性分析
• 3.6.3 XPS分析
• 3.6.4 光泽度分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 包覆铝粉在铝粉涂料中的应用
• 4.1 前言
• 4.2 溶剂型铝粉涂料的配置及性能检测
• 4.2.1 涂料性能检测方法
• 4.2.2 实验药品及规格
• 4.2.3 实验步骤
• 4.2.4 不同类型铝粉所制铝粉漆实验效果对比
• 4.3 水性铝粉漆的制备及性能
• 4.3.1 实验药品及用量
• 4.3.2 水性铝粉漆配置及涂覆工艺
• 4.3.3 水性铝粉漆的影响因素分析
• 4.3.4 包覆型铝粉配置漆综合性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录