CN114907726B - 一种水溶性条状铝颜料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶性条状铝颜料，包括以下重量百分比的原料组分：改性铝颜料80％‑83％、水性树脂12％‑17％和水性分散剂3％‑5％；所述改性铝颜料采用的原料组分包括球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆、表面处理剂、水、硅酸盐包覆助剂和pH调节剂；所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂。本发明还提供了一种水溶性条状铝颜料的制备方法，包括步骤S1、制备改性铝颜料；步骤S2、制备水溶性条状铝颜料。本发明所制得水溶性条状铝颜料为全固态，不含任何有机溶剂残留，不会产生粉尘，在水性体系中能够快速分散、实现全水性化、耐酸碱性优良且不影响涂料和油墨装饰效果。

Description

一种水溶性条状铝颜料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝颜料技术领域，具体涉及一种水溶性条状铝颜料及其制备方法。

背景技术

铝颜料是金属颜料中的一个重要品种,主要用于油漆、印刷油墨和塑料材料等产品的生产。铝颜料又称为铝粉颜料，是指具有鳞片状粒子结构和明亮的金属光泽以及其他颜料特性的金属铝粉或铝粉浆。铝颜料的特点是铝片表面光滑平整，粒度分布集中，形状规则，具有优异的光反射能力和金属光泽。当铝颜料与透明彩色颜料混合使用时，漆膜具有明显的“随角异色效应”，涂装的效果非常华丽美观。

随着人们生活品质的提高和环保意识的增强，对选择铝颜料的要求越来越高，不仅要求其产品美观、性能好，还要求其环保无污染且能够全水性化。

然而，现有的水性涂料和水性油墨用铝颜料主要是浆状和粉末状。其中，浆状铝颜料含有30％-40％的有机溶剂，其缺点如下：有机溶剂含量高，制成油漆后VOC含量高，达不到水性环保要求。而粉末状铝颜料的缺点为：该铝颜料要先用醇类或醚类助溶剂分散后才能加入水性乳液制成涂料，也不能达到全水性化，同时在投料过程中还会产生大量粉尘，容易污染环境。

发明内容

本发明目的在于提供一种水溶性条状铝颜料及其制备方法，所制备的全固态水溶性条状铝颜料，不含任何有机溶剂残留，在投料过程中不会产生粉尘，可在水中快速分散，真正做到全水性化，同时能够用于水性涂料和水性油墨中，解决铝颜料在水性体系中的有机溶剂残留、气味、溶解性、环保和粉尘问题。

在第一方面，本发明提供了一种水溶性条状铝颜料，其包括以下重量百分比的原料组分：改性铝颜料80％-83％、水性树脂12％-17％和水性分散剂3％-5％；

所述改性铝颜料采用的原料组分包括球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆、表面处理剂、水、硅酸盐包覆助剂和pH调节剂；所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂。

在部分实施方案中，所述水溶性有机溶剂包括丙二醇、二丙二醇和二丙二醇甲醚中的至少一种；

所述高分子蜡浆包括高分子聚乙烯蜡浆(如翁开尔E-389)、聚丙烯蜡乳液(如翁开尔E-668H)或石蜡乳液(如翁开尔E-342/45或翁开尔E-340)中的至少一种；

所述表面处理剂包括聚氨酯或改性丙烯酸，所述改性丙烯酸包括苯乙烯改性丙烯酸乳液(如巴斯夫Joncryl 7124)或聚氨酯改性丙烯酸乳液(如帝斯曼XK-540)；

所述硅酸盐包覆助剂包括含有二氧化硅的硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中二氧化硅的质量分数为28％-30％；

所述碱性调节剂包括氨水或乙二胺，所述酸性调节剂包括草酸、醋酸和柠檬酸中的至少一种。

在部分实施方案中，所述水性树脂包括水性脲醛树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂中的至少一种。

在部分实施方案中，所述水性分散剂包括有机硅类润湿分散剂、烷基酚类阴离子型润湿分散剂、水性聚酯树脂类分散剂和磷酸酯盐型高分子聚合物中的至少一种。

在第二方面，本发明提供了一种水溶性条状铝颜料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S1、制备改性铝颜料

首先，将所需用量的球形铝粉、水溶性有机溶剂和高分子蜡浆混合经第一次球磨后，加入所需用量的表面处理剂，经第二次球磨后，再压滤干燥得到固含量为75％-80％的第一滤饼；

其次，向所述第一滤饼中加入水，经搅匀后得到分散液；向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂，同时加入碱性调节剂调节分散液的pH值在8.5-9，加热分散液至55℃-65℃并保温4-6h；然后，将分散液降至35℃以下，加入酸性调节剂调节分散液的pH值在6.5-7，保持1-2h；

最后，压滤分散液，得到固含量为75％-80％的第二滤饼，再经真空干燥至含水量小于等于0.5wt％，制得改性铝颜料；

步骤S2、制备水溶性条状铝颜料

将所需用量的改性铝颜料置于螺旋挤出捏合一体机中，再加入所需用量的水性树脂和水性分散剂，搅拌20-30min，将一体机温度升高到70-80℃，保温1-2h，使水性树脂完全熔化，继续搅拌20-30min，使物料混匀；将混匀的物料均匀挤出成条状，冷却后即得水溶性条状铝颜料。

在部分实施方案中，所述球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆和表面处理剂的重量比为20：(55-62.5)：1:1。

在部分实施方案中，在步骤S1中，向所述第一滤饼中加入水的重量为第一滤饼重量的3-4倍。

在部分实施方案中，在步骤S1中，向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂的重量为第一滤饼重量的10％-12％。

在部分实施方案中，在步骤S1中，所述真空干燥的工艺参数为：干燥温度为70℃-80℃，干燥时间为8-12h。

在部分实施方案中，在步骤S1中，所述第一次球磨的时间为15-25h；所述第二次球磨的时间为5-10h。

应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

(1)本发明开发的水溶性条状铝颜料，通过在改性铝颜料中使用水溶性有机溶剂作为球形铝粉的研磨介质，使得球形铝粉的表面被水溶性有机溶剂包裹，便于其可以直接在水中分散；使用表面处理剂作为球形铝粉的研磨介质，使得球形铝粉的表面形成一层疏水有机物保护膜，避免球形铝粉与水反应；使用硅酸盐包覆助剂、酸性调节剂和碱性调节剂，使球形铝粉表面包裹一层有机硅保护膜，增强其耐酸碱性。采用水性树脂作为改性铝颜料的连接料，不仅使改性铝颜料容易挤压成条状铝颜料，而且还有利于条状铝颜料在水中分散；采用水性分散剂有利于改性铝颜料在挤压成条烘干后具有水溶性，可在水中分散。本发明通过将多种原料组合使用，使铝颜料表面形成有机无机双层包膜，增加耐水性；分散剂与水性树脂共同使用，保证在烘干阶段铝颜料不会互相交联结团，使得水溶性条状铝颜料为全固态铝颜料，无任何有机溶剂残留，避免气味产生，且可以直接用蒸馏水或去离子水分散，真正实现全水性化。

(2)本发明所述水溶性条状铝颜料的制备方法简单、原料易得且无毒环保，所制得水溶性条状铝颜料在水性体系中分散性好、耐酸碱性优良且不影响涂料和油墨装饰效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种水溶性条状铝颜料，包括以下重量百分比的原料组分：改性铝颜料83％、水性树脂12％和水性分散剂5％；

所述改性铝颜料采用的原料组分包括球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆、表面处理剂、水、硅酸盐包覆助剂和pH调节剂；所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂。

所述水溶性有机溶剂为丙二醇；

所述表面处理剂为苯乙烯改性丙烯酸乳液(具体为巴斯夫Joncryl 7124)

所述硅酸盐包覆助剂为含有二氧化硅的硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中二氧化硅的质量分数为28％-30％；

所述碱性调节剂为乙二胺，所述酸性调节剂为草酸。

所述水性树脂为水性脲醛树脂。

所述水性分散剂为有机硅类润湿分散剂(具体为BYK333)。

一种制备所述水溶性条状铝颜料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、制备改性铝颜料

首先，将80kg球形铝粉、240kg水溶性有机溶剂和4kg高分子蜡浆置于球磨机中混合经第一次球磨后，加入4kg表面处理剂，经第二次球磨后，再压滤干燥得到固含量为75％-80％的第一滤饼；使用水溶性有机溶剂作为球形铝粉的研磨介质，使得球形铝粉的表面被水溶性有机溶剂包裹，进而使得由球形铝粉形成的第一滤饼可以直接在水中分散；使用表面处理剂作为球形铝粉的研磨介质，使得球形铝粉的表面形成一层疏水有机物保护膜，避免球形铝粉后续加水形成分散液时与水反应。

其次，向所述第一滤饼中加入水(具体为蒸馏水或去离子水)，经搅匀后(搅拌速度300r/min，搅拌时间1h)得到分散液；向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂，同时加入碱性调节剂调节分散液的pH值在8.5加热分散液至60℃并保温5h(此处的加热和保温可以加速硅酸盐包覆助剂水解速度，同时可提高在球形铝粉表面的交联固化)；然后将分散液降至35℃以下(降温有利于硅酸盐包覆助剂水解产物进一步沉积到球形铝粉表面，增强包覆效果)，加入酸性调节剂调节分散液的pH值在6.5，保持2h，使球形铝粉表面包裹一层有机硅保护膜，增强其耐酸碱性。

最后，压滤分散液，得到固含量为75％-80％的第二滤饼，再经真空干燥至含水量小于等于0.5wt％，制得改性铝颜料。

步骤S2、制备水溶性条状铝颜料

将所需用量的改性铝颜料置于螺旋挤出捏合一体机中，再加入所需用量的水性树脂和水性分散剂，搅拌20min，将一体机温度升高到80℃，保温1h，使水性树脂完全熔化，继续搅拌30min，使物料混匀；将混匀的物料均匀挤出成条状，冷却后即得水溶性条状铝颜料。采用水性树脂作为改性铝颜料的连接料，不仅使改性铝颜料容易挤压成条状铝颜料，而且还有利于条状铝颜料在水中分散；采用水性分散剂有利于改性铝颜料在挤压成条烘干后具有水溶性，可在水中分散。

在步骤S1中，向所述第一滤饼中加入水的重量为第一滤饼重量的3倍，保证溶剂量充足，使得球形铝粉可在水中充分分散，形成均匀分散体，有利于下一步包覆。

在步骤S1中，向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂的重量为第一滤饼重量的12％可使球形铝粉的表面得到充分包覆，且硅酸盐包覆助剂的用量不会过量。

在步骤S1中，所述真空干燥的工艺参数为：干燥温度为80℃，干燥时间为10h，采用该工艺参数既可以保证水分充分挥发掉，又可以使烘干的球形铝粉不会产生团结而不好分散。

在步骤S1中，所述第一次球磨的时间为20h；所述第二次球磨的时间为6h。通过第一次球磨使球形铝粉表面包覆一层高分子蜡保护层，可以保证在加入表面处理剂后球形铝粉不会被腐蚀，再加入表面处理剂进行第二次球磨，可以使表面处理剂更好的包覆在球形铝粉表面。

实施例2-5与实施例1不同的是，在实施例2-5中采用的原料种类和用量有所不同，参见表1和表2所示。其中，实施例2和4采用的碱性调节剂为氨水，实施例3和5采用的碱性调节剂为乙二胺。

表1

表2

对比例1：

与实施例1不同的是，在所述改性铝颜料采用的原料组分中不使用水溶性有机溶剂。对比例2：

与实施例1不同的是，在所述改性铝颜料采用的原料组分中不使用表面处理剂。

对比例3：

与实施例1不同的是，在所述改性铝颜料采用的原料组分中不使用硅酸盐包覆助剂。

对比例4：

与实施例1不同的是，在所述改性铝颜料采用的原料组分中不使用pH调节剂。

对比例5：

与实施例1不同的是，在步骤S1中制备改性铝颜料时先使用酸性调节剂，再使用碱性调节剂。

对比例6：

与实施例1不同的是，在步骤S1中控制加热分散液至70℃并保温4h。

对比例7：

与实施例1不同的是，在步骤S1中控制加热分散液至50℃并保温4h。

对比例8：

与实施例1不同的是，在步骤S2中制备水溶性条状铝颜料时不使用水性树脂。

对比例9：

与实施例1不同的是，在步骤S2中制备水溶性条状铝颜料时不使用水性分散剂。

对比例10：

与实施例1不同的是，在步骤S2中制备水溶性条状铝颜料时将一体机温度升高到90℃，保温1h。

由实施例1-5和对比例1-10所制备的水溶性条状铝颜料产品分别进行水溶性实验。具体实验过程如下：分散速率：取100克蒸馏水，放在高速分散机下，300r/min搅拌下加入10克条状铝颜料产品，完全分散开所用时间。

分散性：1)在质量为M的烧杯中加入适量蒸馏水；2)将称取质量为M1的条状铝颜料产品放入蒸馏水中，搅拌分散；3)静置片刻，去除上部分散夜；4)将烧杯底部沉淀物烘干，冷却后，称其与烧杯质量为M2；5)利用公式计算

6)重复检测3次以上，取平均值。

分散稳定性：分散体静置一段时间，观察分散体变化情况。

重新分散性：分散体静置24h后，再次搅拌分散，观察分散性。

实验结果参见表3。

表3

由表3数据知：

与对比例1-10相比，本发明采用实施例1-5所制备的水溶性条状铝颜料产品具有较高的溶水分散性和较优的分散稳定性与重新分散性。

其中，在对比例1中，不采用水溶性有机溶剂，无法在球形铝粉的表面形成包裹层，最终降低了球形铝粉在水中的分散性，导致产品沉降较快。

对比例2不使用表面处理剂、对比例3不使用硅酸盐包覆助剂，均容易导致球形铝粉表面包覆不充分，导致在水中整体性能下降。

对比例4不加PH调节剂，使得硅酸盐包覆助剂不能水解，无法在球形铝粉表面包裹形成有机硅保护膜，使得球形铝粉在后续制条烘干过程中容易结团，导致在产品水溶性能下降。

在对比例5中改变酸性调节剂和碱性调节剂的使用顺序，使得硅酸盐包覆助剂水解不够完全，对球形铝粉包覆作用不够，导致产品分散稳定性和重分散性不好。

在对比例6中，控制加热分散液的温度过高会导致球形铝粉结团，分散性下降。

在对比例7中，控制加热分散液的温度过低虽然可以对球形铝粉进行包覆，但是包覆作用不够，包覆层容易脱落，导致产品的水溶性能下降。

在对比例8中不使用水性树脂，制成的产品很难在水中分散。

在对比例9中不用水性分散剂对产品的分散性会产生不良影响。

在对比例10中的制条过程中控制一体机温度过高容易导致球形铝粉与水性树脂发生团聚，影响产品分散性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，所述水溶性条状铝颜料包括以下重量百分比的原料组分：改性铝颜料80%-83%、水性树脂12%-17%和水性分散剂3%-5%；

所述改性铝颜料采用的原料组分包括球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆、表面处理剂、水、硅酸盐包覆助剂和pH调节剂；所述pH调节剂包括酸性调节剂和碱性调节剂；

所述水溶性有机溶剂包括丙二醇、二丙二醇和二丙二醇甲醚中的至少一种；

所述高分子蜡浆包括高分子聚乙烯蜡浆、聚丙烯蜡乳液或石蜡乳液中的至少一种；

所述表面处理剂包括聚氨酯或改性丙烯酸，所述改性丙烯酸包括苯乙烯改性丙烯酸乳液或聚氨酯改性丙烯酸乳液；

所述硅酸盐包覆助剂包括含有二氧化硅的硅酸钠溶液，在硅酸钠溶液中二氧化硅的质量分数为28%-30%；

所述碱性调节剂包括氨水或乙二胺，所述酸性调节剂包括草酸、醋酸和柠檬酸中的至少一种；

所述水性树脂包括水性脲醛树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂中的至少一种；

所述水性分散剂包括有机硅类润湿分散剂、烷基酚类阴离子型润湿分散剂、水性聚酯树脂类分散剂和磷酸酯盐型高分子聚合物中的至少一种；

所述水溶性条状铝颜料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1、制备改性铝颜料

首先，将所需用量的球形铝粉、水溶性有机溶剂和高分子蜡浆混合经第一次球磨后，加入所需用量的表面处理剂，经第二次球磨后，再压滤干燥得到固含量为75%-80%的第一滤饼；

其次，向所述第一滤饼中加入水，经搅匀后得到分散液；向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂，同时加入碱性调节剂调节分散液的pH值在8.5-9，加热分散液至55℃-65℃并保温4-6h；然后，将分散液降至35℃以下，加入酸性调节剂调节分散液的pH值在6.5-7，保持1-2h；

最后，压滤分散液，得到固含量为75%-80%的第二滤饼，再经真空干燥至含水量小于等于0.5wt%，制得改性铝颜料；

步骤S2、制备水溶性条状铝颜料

将所需用量的改性铝颜料置于螺旋挤出捏合一体机中，再加入所需用量的水性树脂和水性分散剂，搅拌20-30 min，将一体机温度升高到70-80℃，保温1-2 h，使水性树脂完全熔化，继续搅拌20-30 min，使物料混匀；将混匀的物料均匀挤出成条状，冷却后即得水溶性条状铝颜料。

2.根据权利要求1所述的水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，所述球形铝粉、水溶性有机溶剂、高分子蜡浆和表面处理剂的重量比为20：（55-62.5）：1:1。

3.根据权利要求2所述的水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，向所述第一滤饼中加入水的重量为第一滤饼重量的3-4倍。

4.根据权利要求2所述的水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，向分散液中加入所述硅酸盐包覆助剂的重量为第一滤饼重量的10%-12%。

5.根据权利要求2所述的水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述真空干燥的工艺参数为：干燥温度为70℃-80℃，干燥时间为8-12 h。

6.根据权利要求2所述的水溶性条状铝颜料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一次球磨的时间为15-25 h；所述第二次球磨的时间为5-10 h。