赵守元
（长沙族兴新材料股份有限公司）
摘要：针对铝粉颜料在粉末涂料中高添加量的情况下分散效果不佳、抗电压稳定性差、容易堵枪聚枪等缺点，对易分散铝粉颜料工业生产的关键技术进行了研究。通过对树脂种类、树脂包覆量及反应时间的选择性研究，确定了易分散铝粉颜料的生产工艺条件。以混合的活性树脂为包覆树脂，与致密硅包铝粉颜料的质量比为1：1的情况下，反应4h后，制得易分散铝粉颜料，并通过与处理前的铝粉颜料对比，验证了该易分散铝粉颜料在添加量比较高的情况下，具有更优异的分散性、抗电压稳定性以及更好的耐酸碱性。
关键词：易分散铝粉颜料；活性树脂；表面处理；分散性
Preparation of Easily-Dispersed Aluminum Pigmentin Powder Coatings
Zhao Shouyuan
(Changsha Zuxing New Material Co., Ltd.)
Abstract: In view of the disadvantages of poor dispersion effect, poor voltage stability and easy to block the gun when aluminum pigment is added in powder coatings with high content, the key technology of industrial production for the easily-dispersed aluminum pigment is studied. Through investigation on the selection of resin and its dosage as well asreaction time, the production conditions of the easily-dispersed aluminum pigment are determined. The active resin is used as the coating resin to react with the densesilion coated aluminum pigment at a mass ratio of 1:1 for 4 hours to form the easily-dispered aluminum pigment. By comparing the aluminum pigment before and after treatment, it is revealed thatthe easily -dispersed aluminum pigment has better dispersibility, resistance tovoltage stability and better chemical resistance.
Keywords: easily -dispersed aluminum pigment; active resin; surface treatment; dispersion
0 引言
伴随着环保压力日益增大，涂装工艺面临全新的挑战，粉末涂料、水性漆、高固分颜料、免喷涂等用铝粉颜料的需求日益高涨。在兼顾环保的同时，具有更优秀的装饰效果和更好的防护性能，使用粉末涂料能达到仿油漆的应用效果也成为了粉末涂料产业的新追求。
粉末涂料具有无VOC排放、100%成膜、漆膜更厚、漆膜性能优良、能耗低、生产效率高和可自动化涂装等优点，并在世界涂料和涂装行业中迅速发展。
在粉末涂料中树脂和颜料是粉末涂料重要的组成部分，目前其主要有3种混合工艺即挤出工艺、干混工艺以及邦定工艺[1]。3种混合工艺各有各的优势，目前行业内更倾向于用邦定工艺生产粉末涂料，主要是因为它具有批次色差小、无花斑现象、颜料分散性好、回收粉可直接使用等优点。但是树脂与颜料在邦定的过程中，由于机械剪切会对颜料表面原有的保护层产生一定程度的破坏，最终会影响产品漆膜的耐候性能[2]。干混工艺具有设备简单、工艺简单，易控制、成本低、对漆膜破坏程度小等优点。由于金属颜料与底粉树脂有带电性能的差异，从而导致粉末涂料施工性差、容易产生花斑现象，尤其是在高添加量条件下容易导致喷枪堵枪。使得该工艺金属颜料加入量严重受限，达不到油漆施工的漆膜效果，其次金属颜料与底色粉容易分离，不利于粉末回收使用。
为了解决上述问题，本研究通过对铝粉颜料表面包覆一层活性树脂，缩小颜料与底粉树脂的带电性来提高颜料的分散性能[3]。由于铝粉颜料表面包覆了一层树脂，使颜料与底粉的带电性接近，在粉末喷涂时由于带电性差异小，在工件上吸附的颜料与底粉的比例接近，所以回收粉中的比例与原比例也接近，有利于回收粉的循环使用。在成膜时，外层包覆的树脂会将铝粉颜料包裹且在漆膜表面固化形成一层透明的膜，这层膜类似于油漆中清漆的作用，从而达到仿油漆的效果。由于在整个工艺过程中并未对颜料进行强机械剪切，所以该方法制备的产品具有更优秀的耐候性能。
1 实验部分
1.1 原材料与试剂
聚氨酯活性树脂（PU）：广州杰合高分子材料有限公司；环氧活性树脂(E54)：恒远化工有限公司；丙烯酸活性树脂（GELB-L-1916）：巴斯夫树脂科技有限公司；芳香烃类（D60）：岳阳巴陵精细化工有限公司；致密硅包铝粉颜料（ZPS-1030）：长沙族兴新材料股份有限公司；黑色底粉用环氧树脂(E-20）:爱粤金属粉末有限公司；白色底粉用聚氨酯树脂(PU):华江粉末有限公司。以上均为工业级。
1.2 易分散铝粉颜料工艺流程
将致密硅包铝粉颜料在有机溶剂中分散均匀后，加入活性树脂，在一定条件下，将铝粉颜料表面包覆一层树脂。
通过这种方式来改良铝颜料表面特性，使致密硅包铝粉颜料与底粉树脂更加亲和，缩短两者导电性能差异，使其能在高添加量的情况下也能很好静电喷涂[4]。其工艺流程如图1所示。
1.3 易分散铝粉颜料的制备
1.3.1 铝粉颜料的表面处理
将致密硅包铝粉颜料与溶剂按质量比1∶8加入包覆罐中，搅拌转速80r/min，搅拌均匀后，控制温度30~40℃；缓慢加入与致密硅包铝粉颜料同等质量的活性树脂，搅拌均匀后，继续保持转速和温度搅拌，待反应4h后压滤，吹干成滤饼待烘干成粉[5]。
1.3.2 烘干
将吹干的滤饼，放入真空干燥箱中，调节烘烤温度70~90℃，烘干成粉。
1.3.3 分散处理
本研究采用机械分散处理，将烤干的颜料加入分散机中，将产品分散8h后，备用。
1.3.4 筛分
将分散处理好的粉末产品加入筛分机中，用150目的筛网进行筛选，筛下物即是易分散铝粉颜料ZPBF1030S。
1.4 分析与测试
常规性能检测：根据HG/T2456.2—2016进行产品相关的检测。
粒度检测：取少量（0.5~1.0g）样品置于烧杯中，加入醇类溶剂，搅拌均匀。放入超声分散机中分散3~5min后，采用欧美克激光粒度仪进行粒度的检测。
静电喷涂检测：取一定量的铝粉颜料，再加入树脂底粉至100g，充分摇匀后进行静电喷涂。静电喷枪气压为1.0MPa、静电电压为80kV，枪口离铁板的距离为15cm，静电喷涂在马口铁板（20cm×10cm）上，然后放入200℃的烘箱中烘烤15min后取出（涂层厚度为60~80μm），目测漆膜并进行评价[6]。
光泽测试：根据标准ISO2813—2014，对漆膜进行光泽测试。耐酸碱性能测试：根据GB/T9274—1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》中的点滴法进行测试。
2 结束与讨论
2.1 树脂种类的选择
铝粉颜料表面包覆树脂的类型，会决定易分散铝粉颜料在粉末涂料中的应用[7]。在相同条件下，用不同种类的活性树脂进行表面处理，然后对其烘干后的状态以及制成产品后的喷板进行对比，其结果见表1。
由表1可知，在实验中，分别用环氧活性树脂、聚氨酯活性树脂、丙烯酸活性树脂以及混合活性树脂对铝粉颜料进行包覆。烘干溶剂后，发现丙烯酸活性树脂包覆的颜料成块状，比较难成粉；环氧活性树脂包覆的颜料也是成块，但是可以捏碎成小片状；聚氨酯活性树脂和混合活性树脂包覆的颜料比较松散，呈粉末状。在喷板后漆膜性能方面，混合活性树脂的制粉状态、平整性、清晰度、耐候性能、兼容性均优于其它树脂，因此本研究选择混合的活性树脂作为包覆用树脂。
2.2 树脂的用量
在相同条件下，改变混合活性树脂的用量，制成成品后，检测其光泽度。其结果见图2。
由图2可以看出，随着树脂包覆量的增加，光泽是不断增加的，但考虑到树脂包覆量超过50%，产品中的颜料含量会降低，此外达到相同包覆量的漆膜效果，则需要加入更多的产品，制造成本会增加很多。因此，选择树脂包覆量为50%，即与致密硅包铝粉质量比1∶1。
2.3 反应时间
反应时间过短，则树脂没有全部包覆上去，易分散铝粉颜料性能会比较差，粒径相对小一些。在相同条件下，改变不同反应时间，压滤后，通过检测压滤后溶剂中的不挥发物含量、产品得率以及粉末粒径来确定反应时间，结果见表2。
从表2中发现，在反应4h后，压滤后的溶剂中的不挥发物含量在缓慢下降。烘干得粉率和粉末粒径的增加幅度不大，故混合的树脂在反应4h时，反应比较完全。因此反应4h为最佳反应时间。
2.4 铝粉颜料包覆前后对比
2.4.1 喷板色相对比
分别取2.5g、5g、10g、15g的ZPS1030制成粉末涂料喷板，分别取5g、10g、20g、30g的ZPBF1030S制成粉末涂料喷板，目测漆膜，其结果如图3和图4（由于15g的ZPS1030制成的粉末涂料聚枪现象很严重，因此没有喷板）。从图3可以看出，随着ZPS1030添加量的增加，色相变化不明显，而随着ZPBF1030S添加量的增加，遮盖力越来越好，色相越来越白。
从图4可以看出，在铝含量为2.5%的情况下，由于包覆树脂后，ZPBF1030S的粒径增加了，所以ZPBF1030S的遮盖力反而比ZPS1030的遮盖力要差，但是随着铝含量的不断增加，ZPBF1030S的遮盖力越来越明显优于ZPS1030的遮盖力。2.4.2 分散性对比
记录上述静电喷涂过程中的现象和目视对比样板情况，并在同一样板上任意取一点为标，对样板不同点打色差，测量5次，取色差最大的为记录值。详细结果见表3。由表3可知，未处理过的原材料在添加量在5%时，铝粉颜料开始有聚枪，随着添加量的继续增加，聚枪现象越来越严重，到15%时，甚至出现了堵枪的现象。而易分散铝粉颜料在添加量30%下，颜料也能通过干混也能稳定的静电喷涂、且不堵枪口、色差较小、色相均匀无阴阳色，故颜料在漆膜中分散性好。
2.4.3 不同电压下静电喷涂
将ZPS1030和ZPBF1030S按添加量配成100g粉末涂料3份，分别在不同电压（40KV、60KV、80KV）下，进行静电喷涂，制备样板，并检测与40KV喷板的色差，结果见表4。
由表4可知，ZPBF1030S在不同电压下，静电喷涂制备的样板色差小，而ZPS1030样板色差较大，所以ZPBF1030S具有较好的抗电压稳定性。
2.4.4 耐化学性能测试
将ZPS1030和ZPBF1030S分别采用邦定和干混的方法与底粉混合均匀（铝含量保证为5%）,制成样板，分别检测耐酸碱性能，结果见表5。
由表5可知，铝粉颜料的耐酸性没有明显变化，耐碱性能铝粉颜料在干混时，包覆后的铝粉颜料明显有提高；而铝粉颜料在邦定后耐碱性能有所下降。易分散铝粉在邦定后比致密硅包铝粉颜料的耐碱性能有所提高。以上表明ZPS1030是在铝片表面包覆一层厚型的致密的二氧化硅保护层，具有优异的耐化学性能；而易分散铝粉颜料ZPBF1030S是在铝粉颜料表面包覆一层活性的树脂，对耐化学性能略有提高；对比邦定工艺，颜料在邦定过程中，由于机械剪切对颜料表面包覆层破坏较大，导致漆膜的耐化学性能降低；但是经过易分散处理后，易分散铝粉颜料用邦定制备漆膜也略好于直接邦定的粉制备的漆膜，表明包覆一层树脂能提高颜料的耐剪切性能。
3 结语
通过对包覆树脂的种类、包覆树脂的用量、反应时间，确定了以混合的活性树脂为包覆树脂，与致密硅包铝粉颜料的质量比为1∶1的情况下，反应4h后，制得的易分散铝粉颜料有很好的抗电压性和耐酸碱性能，并且在高添加量的情况仍然具有良好的分散性。
参考文献
[1] 南仁植.粉末涂料与涂装技术[M].3版.北京：化学工业出版社，2014.
[2] 陈颖.铝颜料的表面双层包覆及其耐腐蚀与力学性能研究[D].合肥：合肥工业大学，2019.
[3] 高爱环，皮丕辉，路阳，等.铝颜料的聚丙烯酸酯与SiO2双重包覆改性 [J]. 华南理工大学学报 （自然学科版），2010，38（2）：1-5.
[4] 周韦明，瞿春海，吴德清.户外用羟烷基酰胺固化干混消光粉末涂料用聚酯树脂的合成与应用 [J]. 涂料工业 ，2018，28（10）；25-29.
[5] 刘志芳，刘新红，黄亚磊，等.铝粉表面包覆改性的研究进展[J].材料导报 A(综述篇)，2017，31（6）：73-79，85.
[6] 安庆雷. 环氧树脂基粉末涂料配方优化及性能研究[D].济南：山东大学，2012.
[7] MA L P, ZHOU S S,DU A, et al. Progressof surface modilfication of alminum pigments [J]. Applied Mechanics andMaterials,2015,731:528-534.
文章发表于《涂层与防护》2021年第42卷第7期
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