鋁粉顏料改進性研究
 摘要：主要研究了采用偶聯(lián)劑為改性劑處理鋁粉顏料，以滿足其在水性涂料中穩(wěn)定性的要求。選用4種不同的偶聯(lián)劑改性處理，通過比較改性后樣品在水溶液中的分散性得出，r一APS硅烷偶聯(lián)劑CG-550為較好的改性劑，且當偶聯(lián)劑：水：乙醇質(zhì)量比為1：2：30時，zeta電位值最大，處理過的鋁粉顏料在水溶液中的分散性最好。通過EDS能譜研究了反應機理，可知硅烷偶聯(lián)劑在鋁粉顆粒表面發(fā)生縮聚反應，在鋁粉顏料表面形成膜層，提高了鋁粉顏料的耐腐蝕性。
    關鍵詞：鋁粉顏料；改性；硅烷偶聯(lián)劑；水性涂料
    0引言
    鋁粉顏料是一種重要的金屬顏料，由于其具有金屬閃光效果和隨角異色性，在汽車涂料中被廣泛使用。現(xiàn)在汽車涂料正向著綠色、環(huán)保方面發(fā)展，而采用水性涂料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機涂料?是有效途徑之一。
    水性涂料是以水作為溶劑或分散介質(zhì)，且漿料大多呈弱堿性，所以，水性涂料使用的顏料與溶劑型涂料用的顏料有不同的要求。水性涂料用顏料，首先必須能有效地分散在水中，即顏料應該是表面親水的，其次必須在水介質(zhì)中保持較高的化學穩(wěn)定性。
    在水性金屬涂料中，最重要的問題是鋁粉顏料在堿性水溶性介質(zhì)中會反應生成氫氣，其反應
    方程如下：
    2Al+6H20—+2Al(OH)3+3H2(1)
    氫氣在反應中溢出會導致涂料容器中的壓力增加造成危險，這種反應被稱為“漲聽效應”。因此，抑制反應的發(fā)生非常必要。這就需要對鋁粉顏料進行表面改性處理，常用方法都是基于以下兩種基本原理：一種是添加劑技術，即在鋁顏料顆粒的表面上以物理方法混合添加劑，在鋁片外層形成一個保護層，如在鋁粉涂料中加入磷酸、鉬酸等鈍化鋁粉表面，最終阻止鋁和水發(fā)生反應；另一一種是在顏料粒子表面上沉積或包覆單分子或多分子層的物質(zhì)，包括無機氧化物或高分子聚合物，以增加粒子表面極性，使之與水溶液相容性提高，從而減少粒子聚集，提高潤濕性、分散性、均勻性等性能。
    本文采用三種偶聯(lián)劑對鋁粉顏料進行表面改性處理。偶聯(lián)劑是一種重要的、應用領域日漸廣泛的處理劑。偶聯(lián)劑一般具有兩性基團，其中一個是親無機物的基團，易于與鋁粉顆粒表面羥基起化學反應，形成強有力的化學鍵，能夠改變鋁粉顆粒的表面性能，提高其與水溶液的相容性，同時提高其耐腐蝕性。但不同種類的偶聯(lián)劑帶有不同的基團，與鋁粉顆粒表面發(fā)生的化學反應也各有不同。
    1實驗部分
    1．1試劑及儀器
    試劑：（1）r-氨丙基硅烷(r-APS)辰工有機硅CG-550、（2）r-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(SG—Si902)辰工有機硅CG-902、鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ一3l1)均生產(chǎn)的分析純試劑．丙酮、無水乙醇為的分析純試劑，鋁鋯偶聯(lián)劑(M一1)和片狀閃光鋁粉顏料(平均粒徑為40m)為自制。檢測用儀器有：微米級激光粒度測試儀(MALVERNINSTRUMENTS2000)、掃描電子顯微鏡(OXFORDInstrumentJEM一2000CX型)。
    1．2實驗過程
    樣品制備過程：取定量鋁粉顏料加入丙酮洗滌，脫除表面殘留有機溶劑，過濾，常溫烘干。偶聯(lián)劑試劑、水和乙醇按一定質(zhì)量比配置成溶液，靜置水解5min，加入2g鋁粉顏料，20~C下攪拌反應30min．然后用乙醇洗滌，過濾，100~C烘干即得改性處理的鋁粉顏料。
    2結(jié)果與討論
    2．1不同偶聯(lián)劑對實驗結(jié)果的影響
    選用不同的偶聯(lián)劑改性處理鋁粉顏料，實驗結(jié)果見表1。

                                                 表一
    從表1可以看出，經(jīng)鋁鋯偶聯(lián)劑和r—APS硅烷偶聯(lián)劑的改性后，樣品都親水、耐高溫，色澤不變化。r—APS硅烷偶聯(lián)劑為常見的偶聯(lián)劑，易于購買且價格相對便宜，所以本實驗采用—APS硅烷偶聯(lián)劑作為鋁粉顏料的親水性改性劑。
2．2 r-APS硅烷偶聯(lián)劑用量的影響
　　鋁粉顏料是一種超微粉體，所有粉體顆粒在液體介質(zhì)中都帶有電荷。顆粒在液體介質(zhì)中的表面帶電情況，直接影響顆粒在液體介質(zhì)中的分散行為．所以研究鋁粉顏料在水分散體系中的分散穩(wěn)定性可以通過zeta電位評判。
　　實驗選用含不同量一APS硅烷偶聯(lián)劑的醇水混合溶液對鋁粉顏料進行改性處理。從硅烷溶液的含量與zeta電位的關系及樣品溶于水中實驗現(xiàn)象來研究最佳改性處理的硅烷偶聯(lián)劑用量。結(jié)果如表2所示。其他條件為：常溫，pH=8，樣品過濾烘干。

                                          表二
　　硅烷偶聯(lián)劑的處理對鋁粉顏料的影響可從表2可以看出，未經(jīng)處理的鋁粉顏料表面吸附硬脂酸，所以不溶于水，全部漂浮在水面，這是因為鋁粉表面吸附硬脂酸，表面親油，所以都漂浮在水面，無法測定zeta電位；當硅烷偶聯(lián)劑含量較少時，不能全部改性處理片狀閃光鋁粉顏料表面的親油性，所以鋁粉顏料部分漂浮于水面，當偶聯(lián)劑用量過多時，樣品表面容易形成多層偶聯(lián)劑縮聚，使得多個鋁粉顆粒在高溫處理后發(fā)生交聯(lián)而團聚在一起，發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。由此可見，當吸附量適中即硅烷偶聯(lián)劑：水：乙醇質(zhì)量比為1：2：30時制備的鋁粉顏料，zeta電位值增加到最大，估計這是由于鋁粉顏料表面包覆完全，使得吸附氫離子量達到最大，顆粒間的靜電排斥作用達到最大；同時由于硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生縮聚反應形成低聚物，會形成定的立體屏障，有利于降低顆粒問相互作用，使得鋁粉顏料在水溶液中分散穩(wěn)定，鋁粉顏料表面有一層其他物質(zhì)，大部分鋁粉顏料表面規(guī)整、光滑，且邊緣有一定厚度。
　　2．3 機理分析
　　2．3．1 反應機理分析
　　關于硅烷偶聯(lián)劑在無機物表面行為的理論主要有化學結(jié)合理論、物理吸附理論、氫鍵形成理論、可逆平衡理論等[71。Arkiesl81提出的理論模式被認為是最接近實際的一種理論，硅烷偶聯(lián)劑按這機理在無機物表面上的反應過程為：硅烷偶聯(lián)劑首先接觸空氣中的水分而發(fā)生水解反應，進而發(fā)生脫水反應形成低聚物，這種低聚物與無機物表面的羥基形成氫鍵，通過加熱干燥，發(fā)生脫水反應形成部分共價鍵，最終結(jié)果是無機物表面被硅烷偶聯(lián)劑覆蓋。
　　從上述作用機理還可以看出，硅烷偶聯(lián)劑可以和表面有羥基的鋁粉顏料結(jié)合，在鋁粉顆粒表面發(fā)生縮聚反應，通過烘干加熱處理，最終鋁粉顆粒表面被硅烷偶聯(lián)劑覆蓋。其反應方程式如下：