一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，包括如下步骤：在反应容器中加入铝银浆和异丙醇，40—45℃下搅拌混合，然后加入锚固剂溶液；再滴加有机硅氧烷、硅烷偶联剂和异丙醇的混合物；40—45℃下搅拌反应5—7小时，将所得到的铝粉颜料悬浮液冷却至室温，过滤即可；其中：体系中异丙醇与水的体积比为?；所述锚固剂为Cu2+、Ni2+、Co2+和Cr3+的硫酸盐或氯化物；铝粉表面积为343m2时用0.0004—0.004mol锚固剂；有机硅氧烷为四乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基三甲氧基硅烷。本发明制备的铝粉颜料耐碱腐蚀性好，光泽度好，且在水性体系中分散性良好。
【专利说明】一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属颜料的表面处理【技术领域】，具体是指一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法。
【背景技术】
[0002]随着人们环保意识的增强和环保法规的完善，传统的溶剂型涂料逐渐被更为环保的水性涂料所替代，然而最典型的丙烯酸水性涂料的制备和存放过程都是在弱碱性条件下进行的。当鳞片状铝颜料应用于水性涂料中时，铝颜料与碱或水的反应不仅会削弱铝颜料的金属光泽，而更重要的是由此产生的氢气还会诱发爆炸的危险，这样就给生产和应用带来极大的安全隐患。因此，对铝粉表面进行处理使其更好的适用于水性体系尤为重要。但是，由于铝粉作为金属颜料是因为其本身具有良好的金属光泽，所以，对铝粉的表面处理必须确保其金属光泽不受破坏，且不影响外观。这给研 发及生产带来很大的技术难度。
[0003]目前，铝粉颜料的表面处理方法主要有两种:物理保护法和化学保护法。物理保护法即在铝粉表面刷一层透明的树脂作为保护层。因为树脂和铝粉表面的粘结力较弱，因此，树脂很容易从铝粉表面脱落，从而失去了对铝粉的保护作用。化学保护法主要分为钝化法、添加剂法和包覆法。钝化法是最早使用的化学保护方法，该方法是用钝化剂处理铝粉，使其表面形成一层钝化膜。最有效的钝化剂是铬酸盐，但是由于六价的铬离子对环境造成极大危害，且有致癌作用，因此人们正在寻求新的替代方法。添加剂法是在涂料等体系中添加能够抑制铝粉颜料腐蚀的物质，添加剂对铝粉颜料的保护作用在于其能吸附在铝粉颜料的表面，但是由于这种吸附作用较弱，且添加剂不能完全隔绝铝粉颜料与腐蚀介质的接触，因而，添加剂对铝粉颜料的保护作用也是非常有限的。包覆法是在铝粉颜料表面包覆一层或多层比较透明的物质，这种方法因为可以隔绝铝粉颜料与腐蚀介质的接触，因而可以有效的保护铝粉颜料免受腐蚀。此外，由于包覆层为透明物质，可以较好的保持铝粉颜料特有的光泽，因此，包覆法是目前铝粉颜料表面处理方法中最有发展前景的方法。
[0004]利用溶胶凝胶法制备二氧化硅以实现对水性铝粉的包覆是包覆法中研究比较早的，该方法的原理是使含有机硅氧烷的化合物在酸或碱的催化作用下，发生水解生成硅酸，继而硅酸的羟基之间发生缩聚反应形成硅溶胶，在片状铝粉表面包覆一层S12薄膜，即得到了水性铝颜料。CN 1986648A (申请号:200610123751.8)中所用催化剂为盐酸、磷酸、硫酸或氢氟酸等；CN 101580653A (申请号:200910040162.7), CN 101992295A (申请号:200910013247.6)，CN 102516831A (申请号:20110380917.5)和 CN 102766359.A (申请号:201210277506.8)的技术中均选用氨水或乙二胺等作为催化剂。在如上技术中，酸或碱催化剂的作用有两个:其一是催化有机硅氧烷缩聚水解生成硅溶胶的反应，其二是引发水与铝粉的反应，使铝粉表面实现羟基化，继而硅溶胶与羟基发生缩聚反应使S12薄膜锚固在铝粉表面从而达到保护铝粉颜料免受腐蚀的目的。但是水与铝粉反应为强放热反应，当体系中水的比例较大，且酸或碱的浓度较高时，一旦水与铝粉的反应被引发，将难以控制并导致危险。而降低体系中水的比例，又不能保证铝粉与水的充分接触，将导致铝粉表面羟基分布不均，进而影响S12薄膜的均匀度。因此，需要寻找合适的方法来解决前述问题，以达到安全生产和产品质量兼顾的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，以解决现有技术中产品质量和安全生产不能兼顾的问题。
[0006]本发明目的通过如下方案实现。
[0007]利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，包括如下步骤:
在反应容器中加入铝银浆和异丙醇，40—45°C下搅拌混合，然后加入锚固剂溶液；再滴加有机硅氧烷、硅烷偶联剂和异丙醇的混合物；40—45°C下揽拌反应5 —7小时，将所得到的铝粉颜料悬浮液冷却至室温，过滤即可；
其中:
整个反应体系中异丙醇与水的体积比为&丙酵:= 4 ； I — 2; I ；
所述锚固剂为Cu2+、Ni2+、Co2+和Cr3+的硫酸盐或氯化物；
所述锚固剂的用量为:铝粉表面积为343m2时用0.0004— 0.004mol锚固剂； 所述有机硅氧烷为四乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基二甲氧基硅烷。
[0008]本发明的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法中，所述锚固剂溶液由氨水或铵盐类溶液溶解锚固剂制成PH为8.5—10.5的溶液。
[0009]本发明的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法中，所述铵盐类溶液为氯化铵溶液或硫酸铵。
[0010]本发明的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法中，所述有机硅氧烷、硅烷偶联剂和异丙醇的混合物的滴加时间为2.5-3小时。
[0011]本发明的方法中，所述pH为8.5一10.5的锚固剂溶液中，锚固剂尚子可与氨分子形成稳定的络合物，避免沉淀发生。
[0012]本发明的方法中，体系中异丙醇与水的体积比为F异丙酵.^ =4:1-2:1，
与现有技术相比，体系中水 的用量增大，水解和缩聚反应更易发生，硅溶胶与铝粉接触面更完全，从而使包敷更均匀。
[0013]本发明的方法中，体系温度控制在40— 45°C，以避免温度过高所带来的反应不易控制的问题。
[0014]本发明的方法制备的包覆型铝粉颜料，以铝粉颜料为核，硅溶胶在铝粉颜料表面形成均匀的包覆层。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
I本发明方法的关键在于，在制备过程中，采用锚固剂先在铝粉表面引入锚固点，从而增加了硅溶胶与铝粉发生缩合反应的几率，提高了包覆效率。这些锚固点与铝粉表面结合力非常强。
[0015]2本发明在引入更多锚固点的基础上，进行二氧化硅包覆，使包覆进行更容易，更完全。[0016]3本发明的方法，所制备的包覆型铝粉颜料包覆膜薄而均匀，具有较好的金属光泽。
[0017]本发明使用锚固剂在铝粉表面形成锚固点，无需依靠铝粉的氧化或与水的反应形成的羟基来实现包覆，由此将酸或碱的作用仅限制在催化有机硅氧烷的水解，因此可降低酸或碱的浓度，以使生产安全运行，也避免了现有技术中因PH值较高而导致的加大水用量会使铝粉稳定性变差的问题，从而体系中水的比例可以比现有技术中有所提高，进而为得到更加均匀的膜包覆而创造了条件。
[0018]该法制备的铝粉颜料耐碱腐蚀性好，光泽度好，且在水性体系中分散性良好。本发明所制得的铝粉可以制成铝浆或者直接作为铝颜料使用，具有优异的贮存稳定性，在金属涂料、工业涂料、汽车涂料等领域具有较好的使用性能，特别是应用于水性涂料时，具有较好的抗腐蚀性能和金属光泽保持性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1-图6依次是实施例1-6所制铝粉按实施例10的方法做产品性能测试所得结
果O
[0020]图7是实施例8所制铝粉按实施例10的方法做产品性能测试所得结果。
[0021]图8是实施例9所制铝粉按实施例10的方法做产品性能测试所得结果。
[0022]图9是某些实施例 所制铝粉在0.2%Na0H溶液中析氢体积-时间曲线图，其中，曲线a对应实施例1 ;曲线b对应实施例3 ;曲线c对应实施例6 ;曲线d对应实施例8，曲线e对应实施例5。
【具体实施方式】
[0023]为更好理解本发明，下面结合具体的实施例子对本发明做进一步的详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
[0024]本实验所用铝银浆含铝粉量74wt %，平均粒径22Mm，比表面积为4.64m2/g。CuSO4.5H20,NiSO4.6H20为分析纯化学试剂；氨水为市售工业级产品(含量25% v/v)，密度:
0.88g/ml ;正硅酸乙酯、KH550均为工业级产品。
[0025]实施例1 (对比配方)
将10g铝银浆(含铝粉量74%wt%，表面积343m2)和200g异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌lh。在4h内恒速分别同时滴加:①30ml (0.1346mol)正娃酸乙酯、20ml(0.08547mol)硅烷偶联剂KH550与50 ml异丙醇的混合溶液，②16ml水、7.1ml浓氨水与50ml异丙醇的混合溶液。然后40°C恒温反应6h。最后自然冷却至室温,陈化12h,抽滤,得到无机/有机硅包覆的铝粉颜料。粒径分布:10Mm~35Mm。
[0026]实施例2
铝银浆100g(表面积343m2)，和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌lh。25分钟内恒速加入由pH=8.8的60ml氨-硫酸铵缓冲溶液溶解Ig (0.0(Mmol) CuSO4.5H20所得溶液；然后在3h内恒速滴加30ml (0.1346mol)正硅酸乙酯、20ml (0.08547mol)硅烷偶联剂KH550与50ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:12μιτι ~30μιη。[0027]实施例3
铝银浆10g (表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌2h。25分钟内恒速加入由pH= 9.2的60ml氨-氯化铵缓冲溶液溶解0.6g(0.0024mol) CuSO4.5Η20所得溶液；然后在3h内恒速滴加30ml (0.1346mol)正硅酸乙酯、20ml(0.08547mol) KH550与50ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:llMm~28Mm。
[0028]实施例4
铝银浆100g(表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，45°C下搅拌2h。25分钟内恒速加入由0.4g(0.0016mol) CuSO4.5H20溶于pH为10.3的60ml氨水所得溶液，；然后在 3h 内恒速滴加 30ml (0.1346mol)正硅酸乙酯、KH550 20ml (0.08547mol)与 50ml异丙醇的混合溶液，45°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:13Mm~28Mm。
[0029]实施例5
铝银浆10g (表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，45 °C下搅拌0.5h。25分钟内恒速加入由pH=9.3的60ml氨-氯化铵缓冲溶液溶解0.2g(0.0008mol)CuSO4.5Η20所得溶液；然后在2.5h内恒速滴加30ml (0.1346mol)正硅酸乙酯、KH550 20ml(0.08547mol)与50ml异丙醇的混合溶液，45°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:13Mm ~28Mm。 [0030]实施例6
铝银浆10g (表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌1.5h。25分钟内恒速加入由pH=10.5的60ml氨水溶解0.1g(0.0004mol) CuSO4.5Η20所得的混合溶液；然后在2.5h内恒速滴加30ml (0.1346mol)正硅酸乙酯、KH550 20ml(0.08547mol)与50ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:12Mm~28Mm。
[0031]实施例7
铝银浆10g (表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌2h。25分钟内恒速加入由pH=10.4的60ml氨水溶解0.3g(0.00114mol) NiSO4.6Η20所得的混合溶液；然后在2.5h内恒速滴加20ml (0.08973mol)正硅酸乙酯、KH550 1ml (0.04274mol)与40ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:12Mm~28Mm。
[0032]实施例8
铝银浆100g(表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌lh。25分钟内恒速加入由PH= 9.5的70ml氨-硫酸铵溶解0.1g (0.00038mol) NiSO4.6Η20所得的混合溶液；然后在2.5h内恒速滴加20ml (0.08973mol)正硅酸乙酯、KH550 1mK0.04274mol)与40ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:IIMm~28Mm。
[0033]实施例9
铝银浆100g(表面积343m2)和200ml异丙醇混合均匀至反应器中，40°C下搅拌2h。25分钟内恒速加入由pH=9.2的70ml氨-氯化铵缓冲溶液溶解0.2g(0.00076mol) NiSO4.6Η20所得溶液；然后在2.5h内恒速滴加20ml (0.08973mol)正硅酸乙酯、KH550 1mK0.04274mol)与40ml异丙醇的混合溶液，40°C恒温反应6h后抽滤，得铝粉颜料。粒径分布:13Mm~28Mm。
[0034]实施例10
将所制铝粉按铝粉:丙二醇甲醚:分散剂=8: 2: I的比例混合均匀，得水性铝银浆。按丙烯酸酯乳液:水性铝银浆=100: 7的比例，混合均匀后，在盖玻片上均匀刮涂一层薄层，在400倍多功能显微镜下观察，图中标注方框部位的透明颗粒是没有包到铝粉上的硅胶，透明颗粒越多，说明遮盖力较差；透明颗粒越少，说明铝粉的包覆性越好，有利于提高铝粉的遮盖力。从图1-图8可以看出，采用本发明方法的实施例2-6，8、9所制铝粉的包覆好于实施例1所制铝粉。
[0035]实施例11
按实施例10的方法将实施例1、3、6、8、5所制铝粉制成水性铝银浆，取水性铝银浆样品Ig放入装有40ml 0.2%的NaOH溶液的10ml烧瓶中，测试析氢情况，结果见图9。
[0036]从上述实施例的耐碱性测试中可以看出，而采用本发明方法的实施例3、6、8、5所制产品的耐碱性能好于现有常规技术的实施例1所制产品，因而可作为制备具有优异性能的水性涂料的原料。
【权利要求】
1.一种利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，其特征在于，包括如下步骤: 在反应容器中加入铝银浆和异丙醇，40—45°C下搅拌混合，然后加入锚固剂溶液；再滴加有机硅氧烷、硅烷偶联剂和异丙醇的混合物；40—45°C下揽拌反应5 —7小时，将所得到的铝粉颜料悬浮液冷却至室温，过滤即可； 其中: 整个反应体系中异丙醇与水的体积比为: (6^=4:1-2:1 ； 所述锚固剂为Cu2+、Ni2+、Co2+和Cr3+的硫酸盐或氯化物； 所述锚固剂的用量为:铝粉表面积为343m2时用0.0004— 0.004mol锚固剂； 所述有机硅氧烷为四乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或环氧基二甲氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，其特征在于，所述锚固剂溶液由氨水或铵盐类溶液溶解锚固剂制成pH为8.5—10.5的溶液。
3.根据权利要求2所述的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，其特征在于，所述铵盐类溶液为氯化铵溶液或硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的利用锚固剂对铝粉颜料进行膜包覆的方法，其特征在于，所述有机硅氧烷、硅烷偶联剂和异丙醇的混合物的滴加时间为2.5-3小时。
【文档编号】C09C3/08GK104031434SQ201410270142
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】马志领, 位会棉, 李翠翠 申请人:河北大学