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铝粉着色方法

发布时间:2017/08/10 点击量:

  【中国铝业网】随着生产建设的发展,科学技 术及文化的进步,人们对 商品美化的要求也相应提高。彩色铝 粉以其色彩鲜艳,抗腐蚀性强,绝缘性高,不易褪色,具有强的金属光泽,价格低廉等特点,在气体,涂料,印刷印 染等工业生产和美工装饰等各个部门得到了广泛的应用,并为拓 宽金属颜料的色彩范围开辟了广阔的途径。

  为了装饰目的,彩色铝粉已经被应用。有关铝粉的着色研究,国外从 三十年代就已经开始[1],并取得 一些成功的经验。近年来 国内也有文献报道[2],可采用 阳极氧化法制备粒度为320目的彩色铝粉,但尚处于试验阶段。进入21世纪,人们的 环保意识不断增强,水性涂 料呈现了良好的发展前景,铝粉颜 料在水性体系中的成功应用,大大提 高了涂料的耐候性,利用溶胶——凝胶法 在片状铝粉粒子的表面包覆上一层惰性的二氧化硅膜,通过液相沉积法在SiO/Al复合粒 子表面沉积一层氧化铁膜,成功地 研制成了彩色铝粉,促进了 水性环保型涂料的发展。

  下面我 就其着色的三种方法作一综述。

  1、阳极氧 化法制备彩色铝粉

  铝粉的 阳极氧化是通过电解液的阳极反应而生成氧化铝膜的电化学过程。这个氧 化膜吸附有机染料、无机颜 料的颜色而着色。将铝粉 置于硫酸电解液中,并不断地加以搅拌,使铝粉 呈漂浮和半漂浮状态[5],边流动 边随时接触阳极,并保持 不接触阳极状态,从而在 铝粉表面生成易于着色的氧化铝膜。阳极反 应是阳极析出的初生态氧与铝粉表面的铝原子化合成氧化铝的反应,其中部 分氧化铝即刻与水化合成水合氧化铝,这就是 氧化铝膜的形成过程。同时氧 化铝膜可被硫酸电解液溶解,所以阳 极氧化过程同时存在成膜反应和溶膜反应,因此必 须控制适宜的条件,才能形 成一定厚度的氧化铝膜。阴极反应中产生氢气,故使形 成的氧化铝膜具有多孔疏松的特点,有利于 吸附能力的增强。

  铝粉着 色是一个物理化学过程,将经阳 极氧化处理过的铝粉置于有机染色液中浸泡,使铝粉 表面氧化膜吸附有机染料分子,同时氧 化铝膜中的氧化铝分子可与有机染料分子以共价键、配位键 或氢键等形式结合生成配合物,从而使氧化膜着色。

  阳极氧 化在铝粉粒子表面形成氧化铝膜的过程中,影响成膜的因素较多,同时不 同的着色液导致不同的着色效果,因此应 该考虑电解液浓度、反应时间、温度、着色液等因素的影响。研究结果表明:(1)硫酸电 解液的浓度对氧化膜的生成具有明显的影响。硫酸浓度过低,电解液的导电性不强,氧化铝的成膜速度慢,硫酸浓度过高,生成的氧化膜又溶解,最佳的实验条件:硫酸电 解液的浓度应为5—10%。(2)阳极电 流密度与氧化铝膜生成速度成正比,由于铝 粉在某一瞬间接触阳极,因此阳 极电流密度越大,越有利 于铝粉在阳极放电,阳极电流密度越大,生成的 氧化铝膜越疏松,有利于着色。实验表明,在7%硫酸电 解液中进行阳极氧化,一般控制电流密度为5安/分米2以上,电压不应小于40伏。(3)在阳极氧化过程中,只有经 过一定的时间后,才能使 铝粉与阳极充分接触,实验表明,氧化时间以60—90分钟为宜,同时氧 化时温度也要保持在25—35°C为宜。(4)在氧化铝膜上着色,其着色 的难易程度与氧化膜的厚度及着色液的浓度有关,氧化膜越厚,越易着色;着色液的浓度越大,越易着色,且颜色越深[4]。因此在着色过程中,一般采 用较浓的着色液。实验表明:根据所需颜色的深浅,对着色 液浓度加以调整。同时着色液温度为50—60°C,着色时间为20—40分钟,pH为4.5—6.0为宜。

  2.化学氧 化法制备彩色铝粉

  化学氧 化法是将铝粉置于弱碱性氧液中,在其表 面形成一定厚度的氧化膜。铝粉氧化过程中,发生下列主要反应:

  2Al+(3+x)HO=AlO?xHO+3HO(1)

  AlO?xHO=AlO?xHO+(x-1)HO(2)

  AlO?HO=AlO+HO(3)

  AlO?xHO+2OH=2(Al(OH))+(x-3)HO(4)

  2AlO+4OH+6HO=4(Al(OH))(5)

  铝粉在 弱碱性水溶液的作用下,表面被氧化,生成无 定性水合氧化铝,并逐渐转化为AlO?HO和无水AlO,形成有效的着色层,在成膜的同时,还伴随 有溶膜反应的发生。因此必 须控制适宜的工艺条件,使成膜 反应速度大于溶膜反应速度,才能得 到符合着色要求的氧化膜。

  将处理 后的铝粉置于直接耐晒翠蓝GL水溶液(1.5g/L)中着色,这一着 色过程主要是吸附染料的物理过程,同时也 伴随着一定的化学作用,染色后 的铝粉通过表面处理增加机械强度,同时还 要进行亲油处理[3],将染色 后的铝粉用乙醇、丁醇逐次脱水,然后用 硬脂酸保护铝粉表面,这样可延长存储期[7]。研究表明:氧化液的pH值对能 否成膜及成膜厚度有重要的影响,若pH值较低,成膜反应速度减慢,pH值偏高,会使铝 粉表面的氧化铝薄膜加速溶解,同时会 使铝粉表面遭受强烈的腐蚀作用而失去光泽,实验表明,适宜的pH值范围是8—12;着色液浓度的变化,对着色 效果产生较大影响,着色液浓度越大,铝粉表面颜色越深,但当浓 度接近某一数值并继续增加时,铝粉表 面的颜色不再发生明显的变化。

  3.表面沉 积法制备彩色铝粉

  利用溶胶—凝胶法 在片状铝粉粒子表面包覆了一层惰性的二氧化硅膜,以制备 水性涂料的铝粉颜料。通过液 相沉积法在经二氧化硅包覆后的铝粉粒子表面再包覆一层氧化铁膜,使铝粉着色,得到了 环保型彩色铝粉[8]。利用正 硅酸乙酯水解缩聚成膜的溶胶——凝胶法 在片状铝粉粒子表面包覆一层惰性的二氧化硅膜,使铝粉 表面由疏水性变为亲水性,同时铝 粉表面不会与水发生反应。

  正硅酸乙酯的水解——缩聚反 应过程可以分成三步:第一步 是正硅酸乙酯水解形成硅酸和相应的醇;第二步 是硅酸之间或正硅酸乙酯之间发生缩合反应,形成胶 体状态的混合物;第三步 是形成的低聚物继续聚合形成硅三维网格结构。

  在催化剂作用下,正硅酸乙酯发生水解——缩聚反应,生成水合氧化硅沉淀,沉积在 片状铝粉粒子表面,脱水形成二氧化硅。

  利用液 相沉积法包覆氧化铁膜,使氧化 铁水解生成氢氧化铁沉淀,沉积在基体表面,再经过 焙烧得到氧化铁膜,其反应原理如下:

  FeCl+3HO=Fe(OH)+3HCl

  2Fe(OH)=FeO+3HO

  其制备过程为:称取一 定量的片状铝粉分散在一定体积的异丙醇中,经过超 声分散后倒入三口烧瓶中,置于40°C恒温水浴槽中搅拌,量取一 定量的正硅酸乙酯加入到烧瓶中,再分别 量取相应量的氨水和蒸馏水,混合均匀,装入滴液漏斗中,与三口烧瓶相连,调节滴 液漏斗的滴速大约为1滴/秒,持续搅拌,控制正 硅酸乙酯的浓度为0.05mol/L—0.1mol/L,水硅比R为16,催化剂氨水的浓度为0.02mol/L—0.2mol/L,反应结束后离心洗涤,干燥得 到二氧化硅包覆的片状铝粉。

  称取一 定量经二氧化硅包覆改性过的片状铝粉粒子,分散在 一定体积的蒸馏水中,经过超 声分散后倒入三口烧瓶中,置于80°C恒温水浴槽中搅拌,称取一 定量无水三氯化铁,溶于蒸馏水中,装入滴液漏斗中,与三口烧瓶相连;量取一定体积的氨水,倒入另一个滴液中,与三口烧瓶相连,调节两 个滴液漏斗的滴速大约为1滴/秒,持续搅拌,反应结 束后将样品离心,洗涤两次,放入烘箱中于100°C下烘干,再放入马福炉于500°C下煅烧2h,即可得到彩色铝粉。