CN106675213B - 一种水性纳米片状铝浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子10～20％，定向排列剂1～3％，表面处理剂2～4％，增稠剂3～10％，助溶剂15～25％，分散剂0～2％，去离子水50～60％。分散剂为BYK‑2091、BYK‑184、BYK‑185、BYK‑187、BYK‑190、BYK‑191、BYK‑192、BYK‑193、BYK‑194N、BYK‑198、BYK‑199、BYK‑2010、BYK‑2012和BYK‑2015中的一种或两种以上组合物。本发明还公开了上述水性纳米片状铝浆料的制备方法。本发明所得水性纳米片状铝浆料的铝粒子形状规整，径厚比大，分散性好，储存稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及金属新材料制备工艺，尤其涉及一种水性纳米片状铝浆料及其制备方法。
背景技术
铝颜料具有优异的光泽度和色调，是重要的金属颜料之一。随着科技的发展，传统的球磨法制备的铝颜料由于径厚比较小，粒度分布宽，亮度较低，难以满足人们对高亮度铝颜料的需求，近些年来，人们提出了物理气相沉(PVD)法制备纳米片状铝颜料，制备的产品在有机溶剂体系得到了广泛应用，制备技术也相当成熟。
随着人们环保意识的不断增强以及政府环保法规的不断完善，传统有机溶剂型涂料必然会被环保型水性涂料所取代，水性涂料所用的铝颜料与溶剂型涂料用的铝颜料有不同的要求：首先，颜料表面必须亲水，能有效地分散在水中，其次必须在水介质中保持较高的化学稳定性。然而，铝的化学性质比较活泼，极易与氧或水发生反应，这不仅腐蚀了铝颜料表面，影响了铝的金属光泽和稳定性，甚至还会引发爆炸，给生产带来不安全因素。因此铝颜料的水性化研究成为热点，并已取得一定的进展。
但物理气相沉积法制备的纳米片状铝颜料，由于铝片极薄，采用常规的铝颜料改性法很难达到铝颜料水性化改性要求。因此，研究探索一种纳米片状铝颜料水性化，具有十分重要意义。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种水性纳米片状铝浆料及其制备方法，铝粒子形状规整，径厚比大，分散性好，储存稳定性好。
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子10～20％，定向排列剂1～3％，表面处理剂2～4％，增稠剂3～10％，助溶剂15～25％，去离子水50～60％。
优选地，其原料还包括分散剂，分散剂和片状铝粒子的重量比为0～2：10～20。
优选地，分散剂为BYK-2091、BYK-184、BYK-185、BYK-187、BYK-190、BYK-191、BYK-192、BYK-193、BYK-194N、BYK-198、BYK-199、BYK-2010、BYK-2012和BYK-2015中的一种或两种以上组合物。
优选地，定向排列剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或两种以上组合物。
优选地，表面处理剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(正丁基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(正丁基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-乙酰氧丙基三甲氧基硅烷、无机磷酸盐、有机磷酸盐、亚磷酸酯、钼酸盐以及聚羧酸盐中的一种或两种以上组合物。
优选地，增稠剂为氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、改性石蜡的阴离子蜡乳液、改性聚丙烯蜡的非离子型乳液中的一种或两种以上组合物。
优选地，助溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚中的一种或两种以上组合物。
本发明提出的上述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将水溶性涂料平整的滚涂在高分子聚合物薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物；
III、将可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行浓缩得到固含量为20～30％的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30％的纳米铝浆料进行破碎，接着筛分、分级得到纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入表面改性剂进行处理，再加入定向排列剂、增稠剂、助溶剂、分散剂和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料。
优选地，高分子聚合物薄膜为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种。
优选地，水溶性涂料为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、水性丙烯酸树脂中的一种或两种以上组合物。
优选地，步骤II中，纳米铝膜的厚度为50～300nm。
优选地，步骤III中，采用蝶式离心机、管式离心机和平板式高速离心机中的一种或两种进行浓缩。
优选地，步骤IV中，采用高压均质机进行破碎，高压均质机的压力为50～150Mpa。
优选地，步骤IV中，纳米铝粒子的粒径为5～40nm。
本发明所得水性纳米片状铝浆料，铝粒子形状规整，径厚比大，铝粒子通过表面处理剂包覆处理，在水性涂料中分散性好，储存稳定性好，由本发明所得水性纳米片状铝浆料制得的涂料或油墨后施工于透明材质上，从材质的正反两面都能观察到良好的镜面效果。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子10％，定向排列剂3％，表面处理剂2％，增稠剂10％，助溶剂15％，去离子水60％。
实施例2
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子20％，羧甲基纤维素1％，3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷4％，氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液1％，改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液2％，正丙醇5％，二丙二醇甲醚6％，二乙二醇丁醚7％，异丁醇4％，去离子水50％。
本发明提出的上述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将羧甲基纤维素平整的滚涂在高分子聚合物薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物；
III、将可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行浓缩得到固含量为20～30％的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30％的纳米铝浆料进行破碎，接着筛分、分级得到纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷进行处理，再加入羧甲基纤维素、氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、正丙醇、二丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、异丁醇和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料。
实施例3
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子12％，羟丙基甲基纤维素2.5％，3-氨丙基三甲氧基硅烷1％，N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷1.5％，改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液2％，改性石蜡的阴离子蜡乳液2％，改性聚丙烯蜡的非离子型乳液4％，乙醇6％，乙二醇乙醚6％，丁醇6％，分散剂BYK-2091 2％，去离子水55％。
本发明提出的上述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将水性丙烯酸树脂平整的滚涂在聚对苯二甲酸乙二酯薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物，纳米铝膜的厚度为50～300nm；
III、将可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行采用蝶式离心机进行浓缩得到固含量为20～30％的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30％的纳米铝浆料采用高压均质机进行破碎，高压均质机的压力为150Mpa，接着筛分、分级得到粒径为5～40nm的纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷进行处理，再加入羟丙基甲基纤维素、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、改性石蜡的阴离子蜡乳液、改性聚丙烯蜡的非离子型乳液、乙醇、乙二醇乙醚、丁醇、分散剂BYK-2091和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料。
实施例4
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子18％，羧甲基醋酸丁酸纤维素1％，羟甲基纤维素0.5％，3-氨丙基三乙氧基硅烷1％，N-(正丁基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷2％，3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷0.5％，氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液4.5％，异丙醇10％，丙二醇甲醚12％，分散剂BYK-199 0.5％，去离子水50％。
本发明提出的上述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将羧甲基醋酸丁酸纤维素平整的滚涂在聚丙烯薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物，纳米铝膜的厚度为50～300nm；
III、将可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行采用管式离心机进行浓缩得到固含量为20～30％的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30％的纳米铝浆料采用高压均质机进行破碎，高压均质机的压力为50Mpa，接着筛分、分级得到粒径为5～40nm的纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(正丁基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷进行处理，再加入羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟甲基纤维素、氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液、异丙醇、丙二醇甲醚、分散剂BYK-199和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料。
实施例5
本发明提出的一种水性纳米片状铝浆料，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子15％，羟丙基甲基纤维素0.5％，羧甲基醋酸丁酸纤维素0.5％，羟乙基纤维素1％，4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷1％，3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷1％，3-乙酰氧丙基三甲氧基硅烷0.5％，有机磷酸盐0.5％，改性聚丙烯蜡的非离子型乳液6％，正丙醇20％，分散剂BYK-2012 0.5％，分散剂BYK-2015 0.5％，去离子水53％。
本发明提出的上述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将水性丙烯酸树脂平整的滚涂在聚乙烯薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和铝膜的复合物，纳米铝膜的厚度为50～300nm；
III、将可剥离型的高分子聚合物和铝膜复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行采用平板式高速离心机进行浓缩得到固含量为20～30％的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30％的纳米铝浆料采用高压均质机进行破碎，高压均质机的压力为100Mpa，接着筛分、分级得到粒径为5～40nm的纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入4-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-乙酰氧丙基三甲氧基硅烷、有机磷酸盐进行处理，再加入羟丙基甲基纤维素、羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟乙基纤维素、改性聚丙烯蜡的非离子型乳液、正丙醇、分散剂BYK-2012、分散剂BYK-2015和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水性纳米片状铝浆料，其特征在于，其原料按质量百分比包括：片状铝粒子10～20%，定向排列剂1～3%，表面处理剂2～4%，增稠剂3～10%，助溶剂15～25%，去离子水50～60%；其原料还包括分散剂，分散剂和片状铝粒子的重量比为0～2：10～20；
其中，所述水性纳米片状铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
I、将水溶性涂料平整的滚涂在高分子聚合物薄膜表面，然后干燥得到可剥离型高分子聚合物薄膜；其中，水溶性涂料为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、水性丙烯酸树脂中的一种或两种以上组合物；
II、采用蒸发-冷凝法或溅射法在可剥离型高分子聚合物薄膜的涂层表面沉积或溅射光滑平整的纳米铝膜得到可剥离型高分子聚合物和纳米铝膜的复合物；
III、将可剥离型高分子聚合物和纳米铝膜的复合物置于去离子水中进行洗脱得到含纳米铝膜的洗脱液，将含纳米铝膜的洗脱液进行浓缩得到固含量为20～30%的纳米铝浆料；
IV、将固含量为20～30%的纳米铝浆料进行破碎，接着筛分、分级得到纳米片状铝粒子；
V、向纳米片状铝粒子中加入表面改性剂进行处理，再加入定向排列剂、增稠剂、助溶剂、分散剂和去离子水混合均匀得到水性纳米片状铝浆料；
其中，步骤II中，纳米铝膜的厚度为50～300nm；
其中，步骤IV中，采用高压均质机进行破碎，高压均质机的压力为50～150Mpa；
其中，步骤IV中，纳米铝粒子的粒径为5～40nm；
其中，定向排列剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基醋酸丁酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或两种以上组合物；
其中，表面处理剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(正丁基）-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(正丁基）-3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三（三甲基硅氧基）硅烷、3-乙酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上组合物。
2.根据权利要求1所述水性纳米片状铝浆料，其特征在于，分散剂为BYK-2091、BYK-184、BYK-185、BYK-187、BYK-190、BYK-191、BYK-192、BYK-193、BYK-194N、BYK-198、BYK-199、BYK-2010、BYK-2012和BYK-2015中的一种或两种以上组合物。
3.根据权利要求1或2所述水性纳米片状铝浆料，其特征在于，增稠剂为氧化高密度聚乙烯蜡的非离子型乳液、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、改性石蜡的阴离子蜡乳液、改性聚丙烯蜡的非离子型乳液中的一种或两种以上组合物。
4.根据权利要求1或2所述水性纳米片状铝浆料，其特征在于，助溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚中的一种或两种以上组合物。
5.根据权利要求1所述水性纳米片状铝浆料，其特征在于，高分子聚合物薄膜为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜中的一种。
6.根据权利要求1或5所述水性纳米片状铝浆料，其特征在于，步骤III中，采用蝶式离心机、管式离心机和平板式高速离心机中的一种或两种进行浓缩。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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