CN102732068A - 在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，首先以硅酸钠为硅源，片状铝粉为基材，在片状铝粉表面包覆一层二氧化硅薄膜，使铝粉在水体系或弱酸体系中得以应用；然后以氯化铁为母体，在包覆有二氧化硅薄膜的片状铝粉表面上构筑一层氧化铁薄膜，使其具有鲜艳的金黄色金属光泽。本发明铝粉表面复合包膜方法包括：铝粉的除油、二氧化硅包膜、洗涤、干燥、焙烧、三氧化二铁包膜、洗涤、干燥、焙烧等步骤。用此方法制备的复合包膜片状铝粉，在水中分散性好，耐腐蚀性强，具有鲜艳金黄色金属光泽。本方法具有反应条件温和、易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜方法，指以片状铝粉为基底，首先利用硅酸钠为硅源，在铝粉表面进行二氧化硅包膜，然后以氯化铁为母体，在包有二氧化硅的铝粉表面进行氧化铁的包膜的方法。
背景技术
片状铝粉又称铝颜料，具有特殊的二维结构和优良的物理化学性能，是常见的金属颜料之一。它具有优良的金属效应，广泛应用于涂料、塑料和印刷油墨等行业。作为涂料用的铝颜料一直应用于溶剂型体系中。近年来，随着涂料工业的进一步发展以及人们环保意识的增强，对向大气环境中排放有毒溶剂的规定日趋严格，低污染、无公害、无粉尘的铝颜料产品的生产开发得到高度重视。用水代替有机溶剂，已成为涂料行业发展的必然趋势。然而铝颜料很容易与水发生反应，这不仅会使铝颜料失去其应有的光泽同时产生的氢气还会诱发燃烧和爆炸的危险。而且片状铝粉具有很大的比表面积，暴露在空气中极易被酸性介质腐蚀，严重影响了铝颜料的使用性能，因此必须对其进行表面处理。铝粉表面包覆一层惰性无机氧化物后，使其与周围介质形成一道屏障，不仅能克服上述缺陷，而且能提高产品的应用性能，改善其在水性体系中的耐腐蚀性能及耐酸性。对铝粉的无机表面包覆通常采用SiO2、TiO2等多种金属氧化物。
彩色铝粉颜料在结构和粒度上与一般片状铝粉颜料相似。它的迅速发展不但可以满足人们多彩化的要求，更为需要高装饰效果的产品提供促销手段。彩色铝粉的研发可以免除铝粉颜料和着色颜料混合时带来的相关问题。
用TEOS为硅源，以及溶胶-凝胶法在颜料铝粉的表面包覆二氧化硅的方法已见报道，但是TEOS相对价格昂贵，本发明利用液相沉积法，在颜料铝粉表面构筑SiO2/Fe2O3复合包覆膜还未见报道，本实验具有工艺简单、原料来源广泛及易于实现均匀包覆等特点。
发明内容
本发明以片状铝粉为基底，首先利用硅酸钠为硅源，在铝粉表面进行二氧化硅包膜，然后以氯化铁为母体，在包有二氧化硅的铝粉表面进行氧化铁包膜。本 发明原料来源广泛，操作方法简单易行。
在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，按照下述步骤进行：
a、用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状，洗干净的铝粉原料分散于无水乙醇中，并超声分散，使其呈单颗粒分散状态；
b、将a步骤得到的铝粉浆料移至50℃恒温水浴中搅拌，加入硅源，并用0.1mol/L的盐酸调节pH＝7；
c、将b步骤制得的浆料进行陈化、抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得包覆有二氧化硅的铝粉原料；
d、将c步骤中所得样品分散于去离子水中，制成悬浮液，超声分散，使样品基本呈单颗粒分散状态；
e、将d步骤得到的样品浆料移至70℃恒温水浴中搅拌，加入氯化铁，并用氨水浓度为5wt％的氨水调节pH＝3.5；
f、将e步骤制得的浆料进行陈化，抽滤、洗涤、干燥、焙烧，最终制得样品。
其中步骤a中所用包覆前浆料中铝粉浓度为100g/L无水乙醇，超声时间为20min
其中步骤b中的所用硅源为硅酸钠，其浓度为0.3mol/L，根据所加硅酸钠体积不同，经核算二氧化硅的包覆量为5％-20％即二氧化硅与铝粉的质量比为5-20∶100；
其中步骤c中焙烧温度为220℃，焙烧时间为3h。
其中步骤d中的浆料浓度为50g/L，超声时间为30min。
其中步骤e中的氯化铁浓度为0.5mol/L，根据所加氯化铁溶液所加体积不同，经核算氧化铁的包覆量为10％-30％即氧化铁与铝粉的质量之比为10-30∶100。
其中步骤f中焙烧温度为550℃，焙烧时间为3h。
其中步骤c和f所述的陈化时间为3h，抽滤、洗涤指用去离子水洗涤，抽成滤饼，直至滤液的电导率小于20ms/m
其中步骤c和f所述的干燥方法为鼓风干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为24h。
本发明的有益效果：本发明涉及一种在颜料铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，解决了铝粉耐腐蚀性差，颜色单一的缺点。经过耐酸性、SEM、以及XRD的测试，表明SiO2/Fe2O3复合膜成功包覆在颜料铝粉表面并且包覆后铝粉颜料具有耐腐蚀性。用此方法制备的复合包膜片状铝粉，在水中分散性好，耐腐蚀性强，具有鲜艳金黄色金属光泽。本方法具有反应条件温和、易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。
附图说明
图1：在室温下，样品的析氢曲线图。(a)铝原料，(b)二氧化硅的包覆量为5%，(c)二氧化硅的包覆量为20%。
图2：样品的XRD谱图。(a)铝原料，(b)二氧化硅包覆量为20％，(c)氧化铁包覆量为10％，(d)氧化铁包覆量为30％。◆，Al；●，Fe2O3.
图3：样品的扫描电镜图。(a)铝原料，(b)二氧化硅包覆量为5％的样品，(c)二氧化硅包覆量为20％，(d)氧化铁包覆量为10％，(e)氧化铁包覆量为30％。
具体实施方式
下面结合具体实施实例和样品的析氢、XRD测试以及电镜扫描测试对本发明做进一步说明。
实施例1
用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状。
将20g片状除油后铝粉分散于200mL去无水乙醇中，制成悬浮液，超声分散20min，铝粉颗粒基本呈单颗粒分散状态。然后，将铝粉悬浮液移至温度为50℃的恒温水浴中，在快速搅拌的情况下，将56ml浓度为0.3mol/L的硅酸钠(二氧化硅与铝粉的质量比为5∶100)和0.1mol/L的盐酸溶液一起缓慢的加入到铝粉悬浮液中，硅酸钠的加入时间为45min，加完后陈化3h，整个过程控制温度为50℃，pH为7。最后，样品进行抽滤、洗涤至滤液的电导率小于20ms/m，取出滤饼，在120℃下烘干24h，将所烘干的样品在220℃下进行焙烧2h，得最终包覆样品。将铝粉与以铝粉为基底包覆二氧化硅样品进行析氢耐腐蚀试验， 析氢曲线如图1曲线(b)所示，由曲线(a)、(b)可以清晰看出以铝粉为基底包覆二氧化硅的铝粉样品析氢量明显低于铝粉原料，由此可见包覆有二氧化硅的铝粉耐腐蚀性明显高于铝粉原料。由图3扫描图(a)、(b)可以清晰看出二氧化硅成功包覆在铝粉表面，粒径约为10nm。
实施例2
用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状。
将20g片状除油后铝粉分散于200mL无水乙醇中，制成悬浮液，超声分散20min，铝粉颗粒基本呈单颗粒分散状态。然后，将铝粉悬浮液移至温度为50℃的恒温水浴中，在快速搅拌的情况下，将223ml浓度为0.3mol/L的硅酸钠(二氧化硅与铝粉的质量比为20∶100)和0.1mol/L的盐酸溶液一起缓慢的加入到铝粉悬浮液中，硅酸钠的加入时间为3h，加完后陈化3h，整个过程控制温度为50℃，pH为7。最后，样品进行抽滤、洗涤至滤液的电导率小于20ms/m，取出滤饼，在120℃下烘干24h，将所烘干的样品在220℃下进行焙烧3h，得最终包覆样品。将铝粉与以铝粉为基底包覆二氧化硅样品进行析氢耐腐蚀试验，析氢曲线如图1曲线(c)所示，由曲线(a)、(b)、(c)可以清晰看出当二氧化硅包覆量为20％时，析氢量几乎为零，由此可见当二氧化硅的包覆量达到20％时，包有二氧化硅的铝粉完全具有耐腐蚀性，可以达到在酸性溶液中的应用要求。由图3样品扫描图(a)、(c)可以清晰看出二氧化硅成功包覆在铝粉表面，粒径约为11nm。由图2样品XRD谱图曲线(a)、(b)可以得出包覆在铝粉表面的二氧化硅为无定形。
实施例3
用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状。
将20g二氧化硅包覆量为20％的铝粉分散于400mL去离子水中，制成悬浮液，超声分散30min，使粉体颗粒基本呈单颗粒分散状态。然后，将悬浮液移至温度为70℃的恒温水浴中，在快速搅拌的情况下，将25ml浓度为0.5mol/L的 氯化铁(氧化铁于铝粉的质量比10∶100)和5wt％的氨水溶液一起缓慢的加入到悬浮液中，氯化铁溶液的加入时间为30min，加完后陈化3h，整个过程控制温度为70℃，pH为3.5。最后，样品进行抽滤、洗涤至滤液的电导率小于20ms/m，取出滤饼，在120℃下烘干24h，将所烘干的样品在550℃下进行焙烧3h，得最终包覆样品。由图3样品扫描图(a)、(c)、(d)可以清晰看出氧化铁成功包覆在SiO2/Al表面，粒径约为20nm。由图2样品XRD曲线(c)可以看到在特定2θ处出现了铝粉和氧化铁的特征衍射峰。
实施例4
用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状。
将20g二氧化硅包覆量为20％的铝粉分散于400mL去离子水中，制成悬浮液，超声分散30min，使粉体颗粒基本呈单颗粒分散状态。然后，将悬浮液移至温度为70℃的恒温水浴中，在快速搅拌的情况下，将75ml浓度为0.5mol/L的氯化铁(氧化铁于铝粉的质量比30∶100)和5wt％的氨水溶液一起缓慢的加入到悬浮液中，氯化铁溶液的加入时间为1.5h，加完后陈化3h，整个过程控制温度为70℃，pH为3.5。最后，样品进行抽滤、洗涤至滤液的电导率小于20ms/m，取出滤饼，在120℃下烘干24h，将所烘干的样品在550℃下进行焙烧3h，得最终包覆样品。由图3样品扫描图(a)、(c)、(e)可以清晰看出氧化铁成功包覆在SiO2/Al表面，粒径约为30nm。由图2样品XRD曲线(d)可以看到在特定2θ处出现了铝粉和氧化铁的特征衍射峰，且氧化铁的衍射峰强度高于(c)。
Claims (7)
1.在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
a、用四氢呋喃对片状铝粉进行除油，然后用乙醇将铝粉表面残留的四氢呋喃洗去，使铝粉表面呈现银白色明亮金属光泽，并且洗液呈清澈透明状，洗干净的铝粉原料分散于无水乙醇中，并超声分散，使其呈单颗粒分散状态；
b、 将a步骤得到的铝粉浆料移至50 ℃恒温水浴中搅拌，加入硅源，并用0.1 mol/L的盐酸调节pH=7；
c、将b步骤制得的浆料进行陈化、抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得包覆有二氧化硅的铝粉原料；
d、将c步骤中所得样品分散于去离子水中，制成悬浮液，超声分散，使样品基本呈单颗粒分散状态；
e、将d步骤得到的样品浆料移至70℃恒温水浴中搅拌，加入氯化铁，并用氨水浓度为5wt%的氨水调节pH=3.5；
f、将e步骤制得的浆料进行陈化，抽滤、洗涤、干燥、焙烧，最终制得样品。
2.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤a中所用包覆前浆料中铝粉浓度为100 g/L无水乙醇，超声时间为20 min
根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤b中的所用硅源为硅酸钠，其浓度为0.3 mol/L，根据所加硅酸钠体积不同，经核算二氧化硅的包覆量为5%-20%即二氧化硅与铝粉的质量比为5-20:100；
根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤c中焙烧温度为220 ℃，焙烧时间为3 h。
3.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤d中的浆料浓度为50 g/L，超声时间为30 min。
4.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤e中的氯化铁浓度为0.5 mol/L，根据所加氯化铁溶液所加体积不同，经核算氧化铁的包覆量为10%-30%即氧化铁与铝粉的质量之比为 10-30：100。
5.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤f中焙烧温度为550 ℃，焙烧时间为3 h。
6.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤c和f所述的陈化时间为3 h，抽滤、洗涤指用去离子水洗涤，抽成滤饼，直至滤液的电导率小于20 ms/m。
7.根据权利要求1所述的在铝粉表面进行SiO2/Fe2O3复合包膜的方法，其特征在于其中步骤c和f所述的干燥方法为鼓风干燥，干燥温度为120 ℃，干燥时间为24 h。
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