CN108570249B - 一种高光泽度水性铝颜料的制备方法及铝颜料 - Google Patents

一种高光泽度水性铝颜料的制备方法及铝颜料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高光泽度水性铝颜料的制备方法。包括：(1)将铝粉与醇类溶剂，搅拌分散后得到混合溶液A，其中铝粉与醇类溶剂的质量比为1：(25‑65)；(2)将植酸溶解于醇类溶剂得到混合溶液B；植酸与步骤(1)中的铝粉的质量比为(0.5‑2)：1；醇类溶剂与步骤(1)中的铝粉的质量比为(25‑65)：1；(3)混合溶液B缓慢的加入混合溶液A中反应，固液分离、洗涤制得所述高光泽度的耐水型水性铝颜料。本发明采用植酸作为铝粉的防蚀剂，在一定条件下对铝粉进行处理，可获得高光泽度的水性铝颜料，由于植酸的强螯合能力，此方法可用于不同类型的金属表面，具有广适性、工艺简单、效果好的特点。

Description

一种高光泽度水性铝颜料的制备方法及铝颜料
技术领域
本发明涉及铝颜料技术领域，进一步地说，是涉及一种高光泽度水性铝颜料的制备方法及铝颜料。
背景技术
2017年年初国家颁布了对涂料的生产方及施工方在VOC含量高于420克/升的情况下征收消费税的相关规定，这也意味着水性涂料势必要成为涂料领域发展的趋势。然而，水性涂料目前仍处于研发、完善的阶段，在实际生产及应用部分仍存在一些问题，例如水性涂料应用于汽车领域时，为了增加涂料的鲜映性，会在底色漆中掺入铝颜料。由于水性涂料的溶剂为水，与性质活泼的铝发生腐蚀反应，降低铝颜料的光泽度的同时给涂料的储存及使用均带来了隐患。目前，较为普及的制备水性铝颜料的方法为包覆法和钝化法，包覆法通常为正硅酸乙酯水解生成二氧化硅纳米粒子包覆在铝粉表面来提高铝颜料的耐水性，钝化法为磷系、钼系及钨系等金属盐类在铝粉表面形成氧化铝钝化膜增强其耐水性，但这些方法都会不同程度地降低铝粉的亮度，进而影响涂料的鲜映性。制备具有良好耐水性并兼具良好的光泽度的铝颜料是发展水性涂料亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高光泽度水性铝颜料的制备方法及铝颜料。采用植酸作为铝粉的防蚀剂，在一定条件下对铝粉进行处理，可获得高光泽度的水性铝颜料，由于植酸的强螯合能力，此方法可用于不同类型的金属表面如未经处理的纯净铝粉表面、经油酸等脂肪酸处理的商业化铝粉表面和钼、磷系等处理的具有抗蚀钝化膜的铝粉表面，具有广适性且工艺简单、效果好。
植酸又称环己六醇六磷酸酯，有6个带负电的磷酸根基团，螯合能力极强，可与金属络合形成多个螯合环，所形成的络合物化学性质稳定，可在金属表面形成一层致密的单分子有机保护膜，能有效地阻止水、氧气等进入金属表面，从而抑制金属的腐蚀。由于络合反应对金属没有氧化作用，保持了金属的光泽度。植酸广泛存在于米糠等植物源食物中，属于人畜安全的天然化合物。
本发明的目的之一是提供一种高光泽度水性铝颜料的制备方法。
包括：
(1)将铝粉与醇类溶剂，搅拌分散后得到混合溶液A，其中铝粉与醇类溶剂的质量比为1：(25-65)；
(2)将植酸溶解于醇类溶剂得到混合溶液B；
植酸与步骤(1)中的铝粉的质量比为(0.5-2)：1；优选为(1-2)：1；
醇类溶剂与步骤(1)中的铝粉的质量比为(25-65)：1；
(3)混合溶液B缓慢的加入混合溶液A中反应，固液分离、洗涤制得所述高光泽度的耐水型水性铝颜料。
优选：
步骤(1)，将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液A中反应，液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉；
磷酸锌与铝粉的质量比为(0.01-0.5)：1；
磷酸氢二铵与铝粉的质量比为(0.1-1)：1；
去离子水与铝粉的质量比(3-10)：1；
步骤(3)，将液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉与醇类溶剂搅拌分散后，缓慢加入混合溶液B反应，固液分离、洗涤制得所述高光泽度的耐水型水性铝颜料；
磷酸盐钝化的铝粉与醇类溶剂的用量比为1：(25-65)。
所述醇类溶剂优选为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丁二醇中的一种或组合。
步骤(3)，反应温度为20-40℃；反应时间1-5h。
步骤(1)，将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液A中，在20-35℃条件下反应0.5-2小时后，液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉。
本发明的目的之二是提供一种所述的方法制备的高光泽度水性铝颜料。
改性后的铝颜料表面络合有植酸分子膜层。
本发明具体可采用以下技术方案：
包括：
(1)将片状铝粉置于烧瓶中，加入醇类溶剂，搅拌分散后得到混合溶液A，其中片状铝粉与醇类溶剂的质量比为1：(25-65)；
铝颜料包括以下几种：
a表面无杂质的纯净片状铝粉；
b经油酸、硬脂酸等物质作为球磨助剂球磨后所得到的商业片状铝颜料。
c经过改性处理的铝颜料：二氧化硅包覆改性系列，磷酸盐钝化系列，钼酸盐钝化系列，稀土镧盐、铈盐钝化系列；所述的改性处理可采用现有技术中常规的改性方法，也可采用市售产品。
(2)将植酸溶解于醇类溶剂中，搅拌溶解后得到混合溶液B；
植酸与步骤(1)中的铝粉的质量比为(0.5-2)：1；
醇类溶剂与步骤(1)中的铝粉的质量比为(25-65)：1；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，20-40℃条件下反应1-5h后，固液分离；洗涤制得所述高光泽度的耐水型水性铝颜料。
其中，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丁二醇中的一种或组合。
本发明所具优点为：
(1)在不需要对铝粉进行预处理的情况下，以各种表面性质的铝粉为原料，经发明方法所制得的铝颜料兼具优良的耐水性和光泽度。本方法具有广适性强、工艺简单、效果好的特点，且安全、无毒、环保。
(2)本发明用磷酸盐复配钝化改性后的铝颜料再经植酸处理后，具有更优异的耐水性和光泽度。
附图说明
图1是发明实施例6及未改性铝粉的耐水性测试对比图；
图2是图1中对应于磷酸锌与磷酸氢二铵复配钝化铝颜料及植酸改性已钝化铝颜料的两条析氢曲线的放大图；
图3是植酸改性后的铝颜料(表面无杂质的铝粉)、植酸改性后的铝颜料(表面残留油酸的铝粉)、复配磷酸盐改性后的铝颜料、实施例6的铝颜料耐水测试对比图；
图4-1是未改性片状铝粉的SEM图；
图4-2是本发明实施例7改性后的铝颜料的SEM图；
图4-3是对比改性铝颜料-1的SEM图；
图4-4是对比改性铝颜料-2的SEM图；
图4-5是对比改性铝颜料-3的SEM图；
图5是本发明实施例6制备的铝颜料及市售铝颜料的耐水测试柱状图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例中所用原料均为市售；
对比改性铝颜料-1：经二氧化硅包覆改性处理后的铝颜料；
对比改性铝颜料-2：经钼酸钠钝化处理后的铝颜料；
对比改性铝颜料-3：经硝酸镧钝化处理后的铝颜料；
实施例1
(1)将未经改性的原始铝粉分散于异丙醇中，搅拌分散均匀后得到混合溶液A，其中铝粉与异丙醇的质量比为1：50；
(2)将植酸溶解于异丙醇中，其中植酸、异丙醇与步骤(1)中的铝粉的质量比为2：50：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，30℃条件下反应4h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例2
(1)将经硬脂酸作为球磨助剂球磨后所得到的商业片状铝颜料分散于异丙醇中，搅拌分散均匀后得到混合溶液A，其中铝粉与异丙醇的质量比为1：40；
(2)将植酸溶解于异丙醇中，其中植酸、异丙醇与步骤(1)中的铝粉的质量比为1：40：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，35℃条件下反应2h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例3：
(1)将经二氧化硅包覆改性处理后的铝颜料分散于异丙醇中，搅拌分散均匀后得到混合溶液A，其中铝颜料与异丙醇的质量比为1：30；
(2)将植酸溶解于异丙醇中，其中植酸、异丙醇与步骤(1)中的铝颜料的质量比为1：30：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，30℃条件下反应5h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例4
(1)将经钼酸钠钝化处理后的铝颜料分散于乙醇中，搅拌分散均匀后得到混合溶液A，其中铝颜料与异丙醇的质量比为1：35；
(2)将植酸溶解于乙醇中，其中植酸、乙醇与步骤(1)中的铝颜料的质量比为0.5：35：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，25℃条件下反应2h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例5
(1)将经硝酸镧钝化处理后的铝颜料分散于乙醇中，搅拌分散均匀后得到混合溶液A，其中铝颜料与异丙醇的质量比为1：60；
(2)将植酸溶解于乙醇中，其中植酸、乙醇与步骤(1)中的铝颜料的质量比为2：60：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(3)将(2)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(1)中所得到的混合溶液A中，30℃条件下反应2h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例6：
(1)将片状铝粉置于烧瓶中，加入乙醇搅拌分散后得到混合溶液(1)，其中片状铝粉与乙醇的质量比为1：45；
(2)将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液(1)中，其中磷酸锌、磷酸氢二铵、去离子水与步骤(1)片状铝粉的质量比为0.05：0.2：6：1。在25℃条件下反应1小时后，液固分离得到磷酸盐复配钝化的、具有良好耐水性的铝颜料；
(3)将(2)中所得的铝颜料分散于异丙醇中，铝颜料与异丙醇的质量比为1：40，搅拌分散均匀后得到混合溶液A；
(4)将植酸溶解于异丙醇中，其中植酸、异丙醇与步骤(2)所得的铝颜料的质量比为1：40：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(5)将(4)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(3)中所得到的混合溶液A中，25℃条件下反应3h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例7：
(1)将片状铝粉置于烧瓶中，加入异丙醇搅拌分散后得到混合溶液(1)，其中片状铝粉与异丙醇的质量比为1：25；
(2)将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液(1)中，其中磷酸锌、磷酸氢二铵、去离子水与步骤(1)片状铝粉的质量比为0.01：1：3：1。在20℃条件下反应2小时后，液固分离得到磷酸盐复配钝化的、具有良好耐水性的铝颜料；
(3)将(2)中所得的铝颜料分散于乙醇中，铝颜料与乙醇的质量比为1：25，搅拌分散均匀后得到混合溶液A；
(4)将植酸溶解于乙醇中，其中植酸、乙醇与步骤(2)所得的铝颜料的质量比为0.5：25：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(5)将(4)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(3)中所得到的混合溶液A中，20℃条件下反应2h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
实施例8：
(1)将片状铝粉置于烧瓶中，加入正丁醇搅拌分散后得到混合溶液(1)，其中片状铝粉与醇类溶剂的质量比为1：65；
(2)将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液(1)中，其中磷酸锌、磷酸氢二铵、去离子水与步骤(1)片状铝粉的质量比为0.5：0.1：10：1。在35℃条件下反应0.5小时后，液固分离得到磷酸盐复配钝化的、具有良好耐水性的铝颜料；
(3)将(2)中所得的铝颜料分散于正丁醇中，铝颜料与正丁醇的质量比为1：65，搅拌分散均匀后得到混合溶液A；
(4)将植酸溶解于正丁醇中，其中植酸、正丁醇与步骤(2)所得的铝颜料的质量比为2：65：1，搅拌溶解后得到混合溶液B；
(5)将(4)中得到的混合溶液B缓慢的加入到(3)中所得到的混合溶液A中，40℃条件下反应1h后，固液分离后，将所得固体用乙醇洗涤2次，烘干，即得兼具亲水性及耐水性的水性铝颜料。
耐水测试1.是根据《中华人民共和国化工行业标准-涂料用铝颜料第5部分：水性铝粉浆：HG/T 2456.5-2016》中测析氢量的部分测试的；
光泽度就是将制备好的铝颜料直接用光泽度仪测的。
遵从上述制备方法制备本实施例的高光泽度的耐水型水性铝颜料按如下装置及步骤进行耐水性测试：
将三颈烧瓶倾斜的两个瓶口用橡胶塞密封好，垂直于水平面的瓶口与蛇形冷凝管相连接，并在冷凝管上端用插有玻璃导管的橡皮塞塞住，并将玻璃导管的另一端接以导气管，然后将导气管与一个装满水的集气瓶相连。该集气瓶所用密封橡胶塞与两个导管相连，其中一个导管即为上述连接冷凝管的导管，为进气口，另一个导管置于100ml的量筒中，为出水口。检查气密性后开始测试。测试结束后，量筒中的水的量即为测试过程中所产生的氢气的量。
将200ml的去离子水置于三颈烧瓶中，在100℃下加热20分钟，以排出水中所混杂的空气。将1g铝粉从一个倾斜的瓶口加入到上述的沸水中，并迅速密封好，并在100℃的条件下进行水煮测试2h，通过测试产生氢气的时间及体积来反映所制备的铝颜料的耐水性能。
耐水测试2.将待测样品分别置于同一水性体系中(水性聚氨酯)40℃放置十天，通过测试十天内样品的析氢量来比较各样品的耐水性，其中待测样品的质量、水性体系的质量、放置温度、放置时间及搅拌分散速度均一致。其中对于应用于水性体系，经该方法测试后的铝颜料析氢量小于10ml，说明铝颜料耐水性优异；如果析氢量小于5ml，说明铝颜料耐水性更优异。
图1.及图2.是发明实施例6及未改性铝粉的耐水性测试对比图。从析氢量测试结果来看，未经改性的原始铝粉在五分钟左右一开始析出氢气，并在25分钟内全部与水反应，产生了1250ml左右的氢气，可见未改性的铝粉在该测试条件下与水反应剧烈。经磷酸锌/磷酸氢二铵复配改性的铝颜料的析氢量有了极大地降低，在25分钟左右仅有0.55ml左右的氢气析出，说明该反应在铝颜料表面所形成的钝化层十分致密且稳定，不溶于水也不与水反应，可以很好地阻止水与内部的铝的接触及反应。经植酸进行封孔处理后可以进一步提高铝颜料的耐水性，可以达到在两个小时的水煮析氢测试中，所制得的铝颜料可以不产生氢气，说明该方法可行有效，且远高于行业标准。
图3.是植酸改性后的铝颜料(表面无杂质的铝粉)、植酸改性后的铝颜料(表面残留油酸的铝粉)、复配磷酸盐改性后的铝颜料、实施例6的铝颜料耐水测试对比图。经以上四种方法改性后的铝颜料的析氢量均小于10ml，高于行标的小于30ml析氢量的标准，其中复配磷酸盐及植酸改性后的铝颜料析氢量最少，这也直接证明了经复配的磷酸盐和或植酸改性后的铝颜料均具有良好的耐水性。其中经复配的磷酸盐及植酸共同改性后的铝颜料的耐水性可以达到最佳。
图4.是未改性片状铝粉及本发明实施例7的铝颜料、对比改性铝颜料-1、对比改性铝颜料-2、对比改性铝颜料-3的SEM图。从图中可知，本改性方法是一种温和的改性方法，改性后铝颜料的表面几乎保持平整，较其他几种改性方法表面粗糙度低，不易发生漫反射，因此光泽度好。同时，由于有些改性方法工艺较难控制，耐水层不够致密，导致铝颜料的耐水性有一定的欠缺，如实施例3中步骤(1)所制得的二氧化硅包覆得铝颜料；或铝粉很容易在改性的过程中发生少量的氧化或腐蚀，导致铝颜料表面的光泽度有些许的下降，如实施例4及实施例5中步骤(1)所制得的钼酸盐或镧盐钝化改性的铝颜料。这也进一步说明了该改性方法易控制、简便易行且生产率高，在改行过程中可以较好维持铝颜料的光泽度。
图5.是本发明实施例6所制备的铝颜料及其他市售铝颜料的耐水对比测试。从测试结果来看，在十天的测试过程中，以上市售对比铝颜料产生了4-8ml的氢气，均高于本发明所制备的铝颜料所产生的1ml氢气，说明本发明所制备的铝颜料具有较高的耐水性，可达到更优选水平。

Claims (6)

1.一种高光泽度水性铝颜料的制备方法，其特征在于所述方法包括：
(1)将铝粉与醇类溶剂，搅拌分散后得到混合溶液A，其中铝粉与醇类溶剂的质量比为1：(25-65)；
将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液A中反应，液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉；
磷酸锌与铝粉的质量比为(0.01-0.5)：1；
磷酸氢二铵与铝粉的质量比为(0.1-1)：1；
去离子水与铝粉的质量比(3-10)：1；(2)将植酸溶解于醇类溶剂得到混合溶液B；
植酸与步骤(1)中的铝粉的质量比为(0.5-2)：1；
醇类溶剂与步骤(1)中的铝粉的质量比为(25-65)：1；
(3)将液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉与醇类溶剂搅拌分散后，缓慢加入混合溶液B反应，固液分离、洗涤制得所述高光泽度的耐水型水性铝颜料；
磷酸盐钝化的铝粉与醇类溶剂的用量比为1：(25-65)。
2.如权利要求1所述的高光泽度水性铝颜料的制备方法，其特征在于：
植酸与步骤(1)中的铝粉的质量比为(1-2)：1。
3.如权利要求1所述的高光泽度水性铝颜料的制备方法，其特征在于：
所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丁二醇中的一种或组合。
4.如权利要求1所述的高光泽度水性铝颜料的制备方法，其特征在于：
步骤(3)，反应温度为20-40℃；反应时间1-5h。
5.如权利要求1所述的高光泽度水性铝颜料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)，将磷酸锌与磷酸氢二铵和去离子水混合，逐滴加入到混合液A中，在20-35℃条件下反应0.5-2小时后，液固分离得到磷酸盐钝化的铝粉。
6.一种如权利要求1～5之一所述的方法制备的高光泽度水性铝颜料。
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