隨著粉體技術的不斷發展, 超細粉體的制備與應用技術已引起人們的高度重視, 其重要性也日益顯露, 同時對粉體的多樣化、功能化、精細化的要求也日益提高。
粉體的形狀直接影響著粉體的實際應用性能。片狀金屬粉體由于其特殊的二維平面結構, 具有良好的附著力、顯著的屏蔽效應、反射光線的能力以及優良的導電性能。因此片狀金屬粉在顏料、涂料以及導電漿料等領域, 顯示出優于其它形狀粉體的性能。
片狀金屬粉體主要有片狀鋁粉、銅金粉、銀粉、鋅粉和鉛粉等, 其最明顯特點是具有較大的徑厚比。隨著技術的進步, 片狀粉體的厚度達到了納米級, 而粒徑為微米級, 從而兼顧了納米與微米粉體的雙重功效。其表面活性適中, 既能與其它活性基團有效結合, 又不易團聚而便于有效分散; 同時與納米粉體相比, 片狀粉體易于工業化生產, 已引起產業界的廣泛興趣。
一、片狀鋁粉
片狀鋁粉是以金屬鋁制成的具有銀白色金屬光澤的粉末, 是目前使用最廣泛的金屬顏料之一。
鋁粉顏料的主色調為銀灰色, 故在工業上俗稱為“ 銀粉” 。普通的片狀鋁粉的厚度為0.1-0。2微米, 粒徑在1 一20 0微米之間。鋁粉顏料從性能分類, 主要有漂浮型鋁粉和非漂浮型鋁粉兩大類。其中, 漂浮型鋁粉是同涂裝面呈平行方向排列、并且只分布在涂層表面的鋁粉顏料, 而非漂浮型鋁粉則分布于整個涂層之中。
我國目前已有3 0 多家鋁粉顏料生產廠, 年生產能力超過了2 萬t , 而在高檔產品方面, 與國外產品相比還有一段距離, 仍然需要進口。
片狀鋁粉顏料最廣泛的制備方法是球磨法,即以鋁錠或鋁箔為原料, 先進行噴霧制粉, 再經過球磨、化學處理等工藝過程, 加工成細小的鱗片狀粉末。初期所得鋁粉粒度分布較寬, 鋁片表面欠平整、形狀規則度較差, 遮蓋力較低, 明度值和白度值較低, 其裝飾效果不理想。后來, 人們對傳統工藝進行了改進, 特別是改善了分級技術和表面改性技術, 開發出了表面平整、形狀規則且近似圓形的片狀鋁粉。
作顏料使用時, 片狀鋁粉主要有以下特性:
(l) 鋁粉顏料是片狀粉末, 當附合在適宜的薄膜中時, 會發生漂浮運動, 在表面自動而定向地形成多層與表面平行且彼此重迭的葉片, 各層鋁片交互錯開, 形似“愷甲” , 從而起到良好的屏蔽作用。
(2) 鋁粉顏料在較大的光譜范圍內對光線具有反射效應, 對紫外光和紅外線也有較強的反射能力, 有利于保護易受光腐蝕的內層材料。粒徑在2 一20微米間的片狀鋁顏料對光線的反射可達60 % -90 %, 而且隨著表面積的增加其反射光的能力降低。
(3) 鋁粉顏料具有“ 雙色效應” 。
當觀察含有這種金屬顏料的涂層時, 隨著觀察者角度的變化, 涂層會呈現出不同的顏色與光澤。此外, 鋁粉顏料還具有“ 金屬閃光效應” , 即表面對光的鏡面反射使人眼產生閃爍視感。鋁粉顏料具有較好的還原性, 隨著粒徑的減小, 活性進一步增強。因此, 需要對其進行表面包覆的改性處理。包覆后的鋁粉不僅有較好的化學穩定性, 其顏料特性也得到了增強。目前, 人們已成功制備出單覆層、雙覆層、甚至多覆層體系的鋁顏料, 這些新型的鋁粉顏料大大提高了鋁粉的光學效應和穩定性, 拓展了其品種與應用范圍。
片狀鋁粉顏料在油漆、瓷漆和涂料中有著廣泛的用途。鋁油漆主要應用在結構金屬和鋼鐵上, 如工廠、橋梁和架塔等; 這些油漆具有高反射性, 因此有較長的使用壽命。鋁顏料對硫化氫等工業氣體以及一般煙霧有抵抗力, 使它們在室內和室外油漆中有特別的用途。鋁顏料也應用在特殊油漆中, 例如應用在鍋爐、馬達和煙囪等方面, 以抵抗中等高溫。
金屬閃光面漆作為一種裝飾漆, 是閃光鋁粉最廣泛的應用。這種面漆在不同視角會產生金屬感和明暗變化的閃光效應。如在鋁粉顏料市場保持領先地位的美國Silberline公司的55系列、德國Eckart公司的StaPaMetallX 系列、日本東洋鋁株式會社的MG系列等, 都是閃光鋁粉產品。
二、 片狀銅金粉
銅鋅合金粉是以金屬銅或銅鋅合金等制成的具有金色光澤的鱗片狀合金粉末, 是一種高檔金屬顏料。因其具有金的外觀, 商業上俗稱“ 銅金粉” 。銅金粉色澤純正亮麗, 金屬感強, 分散性好, 附著力強, 具有青金、紅金、古銅金等各種不同的色相。
銅金粉以德國的Eckart 公司、英國Wolsten-holme 公司等的產品最具代表性, 在國內有蘇州鉆石金屬粉有限公司的鉆石牌銅金粉等。目前, 國內市場對銅金粉的年需求量達8 0 0 t 以上, 年遞增20 % 一25 % , 國際市場需求量年遞增為10 % -15%。我國銅金粉工業生產數量、品種和生產廠家逐年增加, 基本滿足了需求, 但優質高檔產品仍部分地依賴進口。
和鋁顏料的制造方法相似, 銅金粉的制造也大多采用機械加工的方法。首先將銅或銅鋅合金制成薄片或箔狀物, 或噴霧制成小粒, 在球磨機或密閉錘磨機中, 與適合的潤滑劑在一起進行研磨, 當物料達到所需要的細度時, 轉送到拋光桶中進行拋光后即得產品。
摻雜不同種類與數量的其它金屬元素, 會使銅金粉呈現不同的色澤。例如銅鋅合金具有紅光或綠光的金色光澤, 銅錫合金具有古銅色至金古銅色光澤。因此, 銅金粉可以制成多種不同色調和顆粒大小的品種。此外, 利用合成染料, 還可以得到具有各種紫的、藍的、青的、深紅的和紅色色調的著色銅金粉。
商業用銅金粉有多個品級, 主要區別在于它們的色相、平均厚度、粒度分布、平均遮蓋力等的不同。不同粒徑的銅金粉具有不同的用途。粗顆粒狀產品適用于飛金、絲網印刷油漆等行業, 細顆粒銅金粉適用于凹印、膠印、凸印等行業, 而超細銅金粉是制造膠印金墨的理想材料。
三、 片狀鋅粉
鋅粉顏料的粒子結構通常有粒狀與鱗片狀兩種。鱗片狀鋅粉的生產通常采用機械法, 如搗碎制粉法、濕式球磨法和振動球磨法等。
其中, 濕式球磨法是將鋅粒、研磨媒質(鋼球)及助劑加人球磨機中; 將顆粒狀金屬粉碎, 擠壓成鱗片狀。像鋁、銅、鋅這樣硬度較低的金屬, 采用上述方法, 操作效果較好, 產品合格率較高。采用濕式球磨法在進行金屬粉碎和使之扁平化時, 球磨機轉速、不同研磨媒質(不同直徑鋼球配比) 和助劑的性質對產品的質量和性能有較大的影響。
片狀鋅粉主要應用于配制各種水溶性無機鹽涂料、有機防腐涂料以及富鋅底漆。片狀鋅粉在涂料中的成膜性好, 層狀結構具有一定的立體感, 在涂膜的柔韌性、再涂性能方面具有優勢, 且施工時不易起泡。用其配制的防腐涂料, 鋅片粉末成片狀排列, 耗鋅量小, 涂層致密, 腐蝕路線延長, 根據其工藝特性, 可處理超大、超長和帶有內螺紋等異形復雜管件、接插件等。而且可使涂件表面涂層均勻、美觀, 并可涂漆上色、焊接。一定程度上可取代了傳統電鍍、熱鍍, 在處理工藝中不產生廢氣和廢水污染。
富鋅底漆具有優異的防腐性能,它是由大量的微細鋅粉與少量的成膜基料組成。它的防腐機理是: 在腐蝕的前期, 通過鋅粉的溶解犧牲對鋼鐵起陰極保護作用; 在后期, 隨著鋅粉的腐蝕在鋅粉顆粒中間沉積了許多腐蝕產物氧化鋅, 這些致密而微堿性腐蝕產物不導電, 添塞了顏料層, 阻擋腐蝕因子的透過, 即后階段是由屏蔽作用而起防腐蝕效果的。因此片狀鋅粉對防腐性能的貢獻高出球狀鋅粉數倍之多。目前常用的富鋅底漆有3 種: 水玻璃無機富鋅底漆、醇溶型無機富鋅底漆和有機富鋅底漆。鋅粉化學穩定性差, 在潮濕或酸性、堿性的環境下能被氧化, 故產品要保持干燥、密封, 防止與酸、堿性物質接觸。而且, 鋅粉與酸性食物接觸時, 能生成具有毒性的鋅鹽, 故不能用于食品設備的涂裝。
片狀粉體是無機粉體材料功能化、精細化的一個重要發展方向。隨著科學技術和分析測試手段的不斷進步, 在更高層次上開展對片狀金屬顏料粉體性質的深入研究, 并根據片狀金屬粉體的基本性質,開展相應的物理、化學、材料等方面的應用研究也就顯得日益重要。開展片狀金屬粉體的研究, 對于傳統產品提檔升級以及新技術與新材料的開發, 都具有重要的意義。
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