
铝银浆及其在涂料中的应用(上)
铝银浆是一种使用广泛的具有银灰色金属光泽的金属颜料,在涂料行业俗称银浆,实质上是金属铝浆,并无银的成分,仅具银色金属质感而已。
1910年,美国人J.Hall发明了铝银浆:以石油溶剂代替干法铝粉工艺用的惰性气体,铝粉与溶剂共混、在球磨机内研磨成浆状,成为浆状铝粉颜料。这种湿法工艺安全性大大提升,避免了干法工艺可能的爆炸风险,且这种浆状产品使用方便,很快风靡世界。
上述湿法铝银浆采取的湿式球磨方法,具体是采用球形或近球形喷雾金属铝粉,加入如芥酸、油酸等润滑剂和其他助剂,以及矿物油、溶剂油、重芳烃、异丙醇等有机溶剂,球磨介质为1-5mm钢球,球磨时间约8~30小时;通过长时间不断球磨,球形的金属铝粉被延展成片状的金属铝粉,呈现出银灰色的金属光泽。球磨后的片状铝粉,经过筛分工艺使产品的粒度更均匀,然后经过固液分离(过滤)操作获得滤饼。最后将滤饼与适当的表面处理剂和有机溶剂一起进行捏合操作,即得到质量固含量约为60~70%的铝银浆产品。
上述湿法球磨采用有机溶剂的目的是为提高铝粉颗粒均匀性,同时防止铝粉与空气接触以避免爆炸的危险。润滑剂的主要作用是防止球形铝粉在球磨过程中,由于钢球介质的机械作用所可能出现的冷焊接现象。其他助剂有稳定剂、分散剂、表面防护剂及防沉剂等,其目的是提高铝粉的表面金属光泽和满足后续涂料等行业的要求。
由以上表述所得,铝银浆由鳞片状铝薄片、溶剂和助剂组成。铝薄片一般厚度为0.1-2μm、直径为0.5-200μm,其表面光洁平整,有雪花状、鱼鳞状和银元状多种类型,形状规则,粒径分布集中,具有优异的光反射能力和金属光泽,用于涂料中对可见光、红外光及紫外光都有很高的反射率,可达75-80%,具有一定的保温隔热效果;其单独在涂料中使用,可呈现银色金属闪光效果,若与透明彩色颜料混合使用,光线对漆膜既可透射、折射,又可反射,呈现一定程度的纵深感的漆膜会出现随角异色效应,装饰效果华丽美观、别具特色。
一、按效用分类的铝银浆
按效用分类的铝银浆品种主要有仿电镀银、闪银、细白银等。
仿电镀银具有极佳的光亮度及遮盖力,粒度和亮度介于细白银和闪银中间,能显示丝绸般的金属光泽和与镀铬极相似的金属效果,用于高级塑料、汽车配件和工艺品涂装等。
闪银平均颗粒直径最大,亮度最高,具有良好的分散性、稳定性,极佳的白度、闪烁度和金属效果,遮盖力好;有细闪银、中闪银、粗闪银之分,一般用于工业装饰,如机器设备、办公设备、玩具与工艺品等的装饰用漆,也可以用于装饰要求高的金属效果汽车漆。
细白银平均颗粒直径最小,亮度较仿电镀银低,具有优异的遮盖力、白度和中等的闪亮特征,能提供良好的着色力和雅致的金属效果,广泛应用于普通工业漆、卷材涂料、船舶涂料、防腐涂料、3C数码涂料等。
添加有机溶剂、润滑剂和其它有机助剂,所得到的产品为溶剂型铝银浆,亦称油性铝银浆,在油性涂料和油性油墨领域得到了广泛的应用。随着环保要求的日益重视,涂料油墨行业正在朝着水性的方向发展。
油性铝银浆因含有比较疏水的有机溶剂,其在水性涂料和水性油墨中不能得到良好的分散,从而制约了其应用。另一方面,由于片状铝粉表面活性高,能与水反应产生氢气,其析氢反应式如下:
Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 ↑
上述铝粉的析氢反应,会引起铝粉表面金属光泽降低、直接影响到铝银浆产品的使用性能。同时由于生成的氢气具有爆炸的危险,会导致水性涂料和油墨的生产、储存及运输过程不安全。因此水性铝银浆应运而生。
水性铝银浆系铝片经有机或无机包覆处理,分散于水中时具有良好的耐水性,极低VOC释放和优异的耐候性。经无机处理的产品具有更薄的包覆层,极大地展现了铝颜料的金属光泽,适用于水性涂料和水性油墨。
二、按分散性分类的铝银浆
铝银浆按在涂料中的分散特性,可分为漂浮型及和非浮型两大类。
漂浮型铝银浆中铝片表面吸附饱和脂肪酸(如硬脂酸),具有疏水性和亲油性,随着涂层中溶剂挥发,因其低表面张力而平行交错地漂浮于涂膜表面,具有极高的反光性及明亮的镀铬效果,但表层铝片易氧化发黑、从漆膜表面脱落,造成重涂困难,常应用于特殊防腐、槽罐防护等场景,不建议用于建筑外墙有耐碱要求的场合。
影响漂浮型铝银浆漂浮的主要因素有:表面处理用的饱和脂肪酸对铝片的吸附能力;铝片径/厚比影响脂肪酸的吸附量;涂料中有机溶剂的极性及挥发性也影响较大,非极性与易挥发溶剂利于漂浮,如甲苯、二甲苯、烷烃溶剂等,不宜采用极性的醇类、酮类溶剂,因其会破坏铝片表面的脂肪酸,使得铝片漂浮性能降低。
非浮型铝银浆能被涂料完全润湿,均匀地分布在整个漆膜中,并偏向下沉。其铝片粒度及其粒度分布决定了其遮盖力、着色力、颜色、闪烁性、随角异色效应等;如随着粒径逐渐变小,遮盖力和着色力提高、光泽升高,颜色变白,随角异色效应减弱,闪烁性变弱。非浮型铝银浆漆膜均匀坚实,并可重涂罩光,广泛应用于建筑外墙、汽车、轨道交通、家具、玩具、电子产品、管道、紧固件、卷材等领域。
非浮型铝银浆的制造工艺,通常有以下步骤:
例如,梁明慧等中国发明专利CN106497235A,提供了一种非浮型铝银浆的制备方法,包括采用内衬氧化锆球磨机,采用直径0.5-1.0mm的氧化锆球作为球磨机磨介,采用不锈钢材质的管道、料槽、筛分机、输送泵和捏合机。将平均粒径小于10μm的微细球形铝粉按重量比为:微细球形铝粉:有机溶剂(D70):润滑剂(异硬脂酸)= 100:300:4混合均匀,置于球磨机内球磨30-40小时后出料,筛分,过500目筛的物料进入压滤机进行固液分离,滤液回到球磨和筛分工序循环使用;滤饼进入捏合工序进行表面处理,包装即成为非浮型铝银浆产品。