水性颜料铝粉的制备与表征.

水性颜料铝粉的制备与表征/张晓菊等 369

水性颜料铝粉的制备与表征

张晓菊,周锦鑫,顾顺超

(上海交通大学化学化工学院化工系,上海 200240

摘要先以硅烷偶联剂 r 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 (K H 560 对铝粉粒子进行预处理,使其接枝在粒子表面,然后通过溶胶一凝胶 (S ol — gel 沉淀法,以较为廉价的硅酸盐为原料,在水相体系中对铝粉表面进行包覆 Si 02处理。探讨了硅烷

偶联剂添加量、硅酸盐浓度以及陈化时间对包覆后产物析氢量的影响。并运用 SE M 、 I R 和 X R D 等方法对包覆样品进行了分析和表征。结果表明,选择合适的工艺条件,可以制备出在 60℃碱性缓冲溶液 A 中 12h 内发气量小于 l H l L 的铝粉颜料。

关键词铝粉 N azSi 03溶胶—凝胶法偶联剂 Si C h

Pr epar at i on a nd C har act er i zat i on of

W at er -borne A l um i num Pi gm ent Z H A N G X i a oj u , Z H O U J i nxi n , G U Shunc hao

(D e par t m e nt of C he m i c a l E ngi ne er i ng , Sha ngha i Ji a ot o ng U ni ver si t y , Shangha i 200240

A bs t ract Pi gm ent al um i nu m pow ders ar e pr ep ar e d vi a t he s ol -gel m et h od w i t h t he r aw m at er i al s of N az Si 03 a nd al um i num pow der s w hi ch ar e pr et r eat ed by t he s i l ane cou pl i ng agent (K H 560 . T he ef f ect s of qu ant i t y of co upl i n g agen t , conc ent r at i on

of s il i cate a nd ag i ng t i m e o n t he hydr ogen ev ol ut i on ar e eval ua t ed . M or eover , t he si ze , e hem i cal st r uct ur e , sur f ace char act er i st i cs a nd cr yst al st r

uc t ur e of t he sa m pl e s ar e an al yze d a nd char at e r i zed by SE M , Fr -I R , a nd X R D t e chni ques . T h e hydrogen vol um e evol ve d w i t hi n 12h i n a n al kal i ne buf f er sol u t i on of sa m pl e pr epa r e d a t t he op t i — m U l T I con di t i on i s l ow e r t h an 1m L I t i s al so f ound t hat t he en capsu l at ed al um i nu m pi gm e nt s w i t h r ou nd s ha pe c arl t o m -pl et el y di sp er se i n a queous m edi a .

K e y w or ds

al um i num pow de r s , N a2Si 03, sol — gel m e t hod , coupl i ng agent , Si (h

0前言

随着社会的进步、科学技术的发展以及人们环保意识的不断增强,传统涂料由于其在制造、施工应用过程中均有大量的有害废气、废液的排放,对大气、水资源等造成污染 ,很大程度上已经无法满足人们的需求。因此,环保型水性涂料的开发与应用越来越多地受到社会的青睐。水性涂料是以水作为分散介质, 其填料或颜料一般也要求为水分散性的涂料。所以,一般而言, 水性涂料用颜料或填料必须在碱性或水介质中保持很好的化学稳定性。

铝粉颜料是一种重要的金属粉体颜料,其粒子呈鳞片状,直径约在 3~70/an 之间,径厚比 (直径与厚度之比在 60~150之间,具有良好的金属光泽和随角效应,被广泛应用于建筑、汽车、塑料、涂料、化工及油墨等行业 [1]。但是,在实际使用过程中,表面未经处理的颜料铝粉会与水发生化学反应而产生大量的氢气,破坏铝粉的金属光泽,从而造成其耐候性不佳,原理可表达为‘ 2]:

2A l +6H20—, 2A l (0H 3+3H2千

因此,铝颜料要在水性体系中成功地应用,必须对铝颜料粒子的表面进行包覆处理以克服上述发气问题。常用的粉体表面包覆方法有:机械化学法、气相沉积法、聚合物包裹法、溶胶一凝胶沉淀法、微胶囊化法等 [33。其中溶胶一凝胶沉淀法是常见的法之一,该法具有反应条件温和、工艺设备简单、易掺杂以及可以对任意形状的颗粒实现包覆等优点 n]。

本文以较为廉价的硅酸盐为原料,采用溶胶一凝胶沉淀法在水相体系中将 S i 02保护膜包覆于片状铝粉粒子表面,阻止水及其它溶剂对铝粉表面的侵蚀作用 [5],从而达到避免上述析氢反应发生,在保持颜料铝粉自身特性的同时,又提高铝粉在水相体系中稳定性的目的,进而制得水性颜料铝粉。

1实验

1. 1实验试剂

片状铝粉 (自制 , 7-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 (K H 560、国药集团化学试剂有限公司,化学纯 ,九水偏硅酸钠 (国药集团化学试剂有限公司,化学纯 ,碱性缓冲溶液 A (自制。

1. 2实验仪器

H H S-2S 型电热恒温水浴锅 (上海天平仪器厂 , S -312型数显恒温搅拌器 (上海申生科技有限公司 , 84一 I A 型磁力搅拌器 (上海闵行虹浦仪器厂 ,烧杯,酸式滴定管, PH S J 一 4A 型实验室 pH 计 (上海雷磁仪器厂 ,抽滤装置和析氢测试装置 (t l 制。 1. 3实验步骤

向盛有 l O O m L 去离子水的烧杯中加入一定量的偶联剂 (K H 560 , 249片状铝粉,电磁搅拌 30m i n 使其充分分散后移入

张晓菊:女, 1982年生 ,硕士研究生 ,主要从事粉体表面改性工作 T el :021—54745424E -m ai l :xi aoj uzhang@sj t u . edu . cn

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材料导报

2008年 5月第 22卷专辑 X