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高耐蚀涂料用铝颜料制备及性能分析
王彦军，刘葵，焦志伟，王爱平，张国成
(1.北京矿冶研究总院，北京100160；2.北京北矿锌业有限责任公司，北京102206)
0 引言
铝颜料是一种重要的功能性材料，具有良好的遮盖、物理屏蔽特性及“随角异色”效应等，在涂料、油墨等领域都有广泛的应用[1-2]。特别是近几年，随着汽车工业的高速发展，用于汽车零部件表面防腐处理的高耐蚀涂料——锌铬涂料和无铬锌铝涂料市场需求量逐年上升，从而带动铝颜料市场需求也不断增加。高耐蚀性涂料所需要的铝颜料必须具有一定的粒度、径厚比、遮盖力及优异金属光泽等。目前，国产铝颜料的性能指标与进口产品还有一定的差距，特别是在产品分散性、金属光泽及应用于酸性或水性涂料体系中稳定性等指标差距较大。因此，国内高档防腐涂料所用铝颜料仍然以进口为主，从而增加了涂料成本，这对推动我国表面工程技术的发展非常不利。本文采用湿式球磨法制备铝颜料，研磨过程实现对铝颜料机械力化学表面改性处理，所制备的铝颜料性能指标达到进口产品的标准，可满足高耐蚀性涂料的使用要求。
1 制备工艺
本研究主要采用湿式球磨法制备铝颜料，主要工艺：配料→研磨(机械力表面改性)→固液分离→干燥→分级→成品。其中，研磨工艺是本方法的核心技术，在研磨过程中加入复合表面改性助剂，并通过控制研磨时间、研磨温度及研磨转速等工艺参数实现球形铝粉的片状化，同时完成对铝颜料机械力化学表面改性。所采用的工艺参数如下：
(1) 原料：球状铝粉(＜45 μm)；
(2) 研磨溶剂：200#溶剂油；
(3) 表面改性助剂：复合助剂(润滑剂，防氧化剂及表面钝化剂等)，总量为铝粉的4%~5%；
(4) 研磨时间：8~10 h；
(5) 研磨温度：30~50 ℃；
(6) 研磨转速：50~80 r /min。
2 分析检测方法
采用FEI Quanta 扫描电子显微镜(SEM)检测铝颜料的微观形貌；采用马尔文激光粒度分析仪检测铝颜料的粒度分布；采用斯科特容量计法检测铝颜料的松装密度；采用盖水面积测试器检测铝颜料的水面遮盖力；采用发气装置检测铝颜料在酸性体系中稳定性；采用X-射线光电子能谱(XPS)对铝颜料表面元素进行分析；采用光泽度仪检测铝颜料光泽。
3 结果与分析
3.1 铝颜料微观形貌
采用SEM 检测所制备的铝颜料形貌，如图1 所示。
图1 中，从(a)和(b)可以看出，本研究所制备的铝颜料全部为较规整的片状形貌，均匀性好，片状粉末表面光滑整洁，分散性好，片径约30~50 μm，片厚约0.1~0.3 μm，可满足高耐蚀性涂料对铝颜料尺寸的要求。对(c)和(d)进行比较可以看出，所制备的铝颜料微观形貌与进口产品基本相同。
3.2 铝颜料的粒度、松装密度、盖水面积及稳定性
对所制备的铝颜料粒度、松装密度、盖水面积及稳定性等性能指标进行检测，并与进口产品进行比较，如表1所示。
表1 中通过将制备的铝颜料与进口产品进行比较可以看出，本研究制备的铝颜料粒度分布更窄、均匀性较好；松装密度和盖水面积略低于进口产品，但差距较小；从铝颜料在酸性体系(pH=2.0)中的稳定性看，所制备的产品与氢离子开始发生反应生成氢气的时间比进口产品更长，说明所制备的铝颜料在酸性或水性涂料体系中的适应性和稳定性更好。总体比较，本研究制备的铝颜料技术指标与进口产品十分接近。
3.3 XPS 分析
对所制备的铝颜料和进口产品表面元素及其化学态进一步分析，如图2 和表2 所示。
在图2 中，(a)制备铝颜料图谱出现了Al(73.67eV，Al2p)、C(284.57eV，C 1s)和O(531.71eV，O 1s)峰；(b)进口产品图谱出现了Al(73.65eV，Al 2p)、C(284.63eV，C 1s)和O(531.48eV，O 1s)峰，两种铝片表面所表现出的化学成分基本一致，此外，进口铝颜料出现一个微小的硅峰，一种可能是由铝粉原料带入的，另一种可能是进口铝颜料采用的表面改性剂含微量硅元素。在表2 中，两种铝颜料的C 和O 元素质量比略有差别，可能是由于表面改性助剂选择有区别，这也是不同金属颜料生产企业各自的技术特点。
3.4 光泽分析
将铝颜料、丙烯酸树脂及溶剂按照一定比例混合，并分散均匀后，用线棒涂覆在马口铁上，于室温下干燥，膜厚在15 μm 左右。然后用光泽仪测定涂膜的光泽，如表3所示。本研究制备的铝颜料和进口产品具有相近的光泽，完全可以满足耐蚀涂料对铝颜料高光泽的要求。
4 结语
(1) 湿式研磨法是制备高质量铝颜料重要方法之一，研磨过程不仅能达到球形铝粉片状化目的，同时可以实现对铝颜料的机械力化学表面改性处理，该方法在保持铝颜料特有的光泽性前提下，提高了产品在酸洗或水性涂料体系中的稳定性；
(2) 本文所制备的铝颜料的主要性能指标与进口产品非常接近，完全可以代替进口铝颜料在高耐蚀涂料—锌铬涂料或无铬锌铝涂料中获得应用。
