金屬顏料的應用及特性

金屬顏料
第一節(jié)  金屬顏料的特性及其應用
常用的金屬粉有鋁粉、鋅粉、鉛粉，合金形式的金屬粉有銅鋅粉（俗稱金粉）、鋅鋁粉、不銹鋼粉等。
與其他顏料相比較，金屬顏料有它的特殊性。由于粉末狀的金屬顏料以金屬或合金組成，故有明亮的金屬光澤和顏色。因此，許多金屬顏料用做裝飾性顏料，如銅鋅粉，它的色相從淡金直至赤金，使被涂裝的物品絢麗多彩；鋁粉色相銀白，也用于裝飾。近年來鋁粉的新品種閃光鋁粉與透明顏料配合使用，涂裝面不僅有金屬亮點，而且五彩繽紛，裝飾效果非常好；鱗片狀的鋅粉略呈淡色的金屬光，能使涂裝物與周圍景物混為一體，有偽裝效果。
大多數(shù)金屬顏料都是鱗片狀粉末，它調(diào)入成膜物而且涂裝成膜時，像落葉鋪地一樣與被涂物平行，互相連結，互相遮掩，多層排列，形成屏障，金屬鱗片阻斷了成膜物的微細孔，阻止外界有害氣體或液體在涂膜中的滲透，保護了涂膜及被涂裝物品，這是它物理屏蔽的防腐能力，而鋅粉除了有屏蔽能力之外，還有陰極保護作用，大量的鋅粉在涂膜內(nèi)互相連成導電層，當涂層遇到電化學腐蝕時，由于鋅比鐵具有負的電極電位差，首先被腐蝕，從而保護了鋼鐵底材。不銹鋼粉具有良好的化學穩(wěn)定性，能阻止化學腐蝕。
色淺、高光澤的金屬粉還有保溫能力，這類金屬粉幾乎不吸收光線，能反射可見光、紫外光，對于熱輻射也是如此，因此，可用于需要保溫、防止光和熱輻射的物品上，如貯存油品、氣體的罐、塔上，金屬粉能反射日光中紫外線的60%以上，故又能防止涂膜因紫外光照射老化，有利于延長涂膜的壽命。
金屬顏料是極微細的粉末，且多屬鱗片狀，但也有球形、水滴形、樹枝形的，都與其制造方法有關。金屬粉末須經(jīng)過表面處理才具有顏料特性，如分散性、遮蓋力等，不同的表面處理可使金屬親油或親水，以適應不同涂料的要求。
大多數(shù)金屬顏料通過物理加工方式進行生產(chǎn)，使純金屬或合金成為特定的粉，如從固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為粉末。一、由金屬的氣相狀態(tài)轉(zhuǎn)化為粉末如升華法制取鋅粉、超細鋁粉。二、由金屬的液相狀態(tài)轉(zhuǎn)化為粉末如氣動霧化法制取鋁粉、鋅粉及銅金粉。三、由金屬的固相狀態(tài)轉(zhuǎn)化為粉末的如切削法、球磨法制造鎂粉、鋁粉、不銹鋼粉及鈦粉。
通常用于粉末涂料的金屬顏料主要是鋁粉和銅粉、珠光粉。由于粉末涂料所選用的樹脂或固化劑不是含有堿性就是有一定的酸性，對于這些金屬及金屬氧化物都會產(chǎn)生一定程度的影響，因此對金屬顏料的表面處理就顯得尤為重要。雖然大多數(shù)金屬顏料在出廠前都已經(jīng)過表面處理，但是能否經(jīng)受粉末涂料施工條件（200度10分鐘）的考驗是很成問題的。銅粉可采用苯并三氮唑等進行表面保護，對耐化學不穩(wěn)定的鋁粉就無計可施了，所以銀色的美術型粉末涂層往往在使用一個階段后會出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。
鎳粉在無色透明的樹脂中呈黃色，如果將它和其他顏色透明樹脂配合，可制成金色、橙色、黃綠色的涂層。
在含有金屬顏料的粉末涂料中如果要制造彩色涂層，其遮蓋力應依靠金屬顏料而不應依靠著色顏料。較好選用遮蓋力較低的著色顏料或透明顏料，尤其要少用或不用鈦白炭黑等。因為高遮蓋力顏料的存在將使金屬顏料黯然失色。  
           第二節(jié)      鋁  粉
鋁粉由于用途廣、需求量大、品種多，所以是金屬顏料中的一大類。顏料用的鋁粉粒子是鱗片狀的，也正是由于這種鱗片狀的粒子狀態(tài)，鋁粉才具有金屬色澤和屏蔽功能。金屬鋁粉工業(yè)化生產(chǎn)很久以前就有，早期的生產(chǎn)方式是搗沖法，把鋁碎屑放在搗沖機的凹槽內(nèi)，搗杵在機械帶動下連續(xù)沖打凹槽內(nèi)的鋁屑，具有延展性的鋁在沖擊下逐漸變成薄片并且破碎，在鋁變得非常微薄細小后進行篩選，取出合乎要求的鋁粉作為產(chǎn)品。搗沖法的生產(chǎn)效率很低，產(chǎn)品質(zhì)量不易掌握，而且生產(chǎn)過程中粉塵很多，非常容易起火和爆炸。1894年，德國Hamtag用求磨機生產(chǎn)鋁粉，在球磨機內(nèi)放入鋼球、鋁屑和潤滑劑，利用飛動的鋼球擊碎鋁屑之后成為鱗片狀鋁粉，在球磨機內(nèi)和管道里充滿惰性氣體，這種方法仍然沿用，被稱之為“干法生產(chǎn)”。1910年，美國J.Hall發(fā)明了在球磨機內(nèi)加入石油溶劑代替惰性氣體，生產(chǎn)的鋁粉與溶劑混成漿狀，成為漿狀鋁粉顏料。這種方法設備簡單，工藝安全，產(chǎn)品使用起來非常方便，很快為世界各國所采用�，F(xiàn)代絕大多數(shù)鋁粉顏料都采用這種方法，這種方法也稱之為“濕法”。
中國鋁粉工業(yè)自20世紀50年代起步，至今已有五十年的歷史。霧化鋁粉的亞音速空氣霧化法均有采用，壓水霧化法也開始進入生產(chǎn)序列，產(chǎn)品既有非規(guī)則形狀的，也有正球形的。在球磨法制造鋁粉及鋁粉漿方面，干法工藝和濕法工藝都有廠家采用。生產(chǎn)的產(chǎn)品有漂浮型鋁粉及鋁粉漿、非漂浮型鋁粉及鋁粉漿。適合于水性涂料的水分散鋁漿早已面世，以合金形式的鋁粉漿如鋅鋁漿也有生產(chǎn)。
鋁粉及鋁粉漿的性質(zhì)及分類
（一） 鋁粉的特性
鋁為銀灰色德金屬，相對分質(zhì)量26.98，相對密度2.55，純度99.5%的鋁熔點為685度，沸點2065度，熔化潛熱323kj/g，鋁有還原性，極易氧化，在氧化過程中放熱。急劇氧化時每克放熱15.5 kj/g，鋁是延展性金屬，易加工。金屬鋁表面的氧化膜膜透明、且有很好的化學穩(wěn)定性。
顏料用的鋁粉是指粒子呈鱗片狀，表面包覆處理劑且宜于做顏料的鋁粉。鋁粉漿是顏料鋁粉與溶劑的混合物，它的用途和特性與鋁粉大致相同，由于它使用起來簡便，故產(chǎn)量和用量更大。
（二） 顏料用鋁粉與其他顏料相比，更具有其特性，表現(xiàn)在以下幾方面：
1、鱗片狀遮蓋的特性  鋁粉粒子呈鱗片狀，其片徑與厚度的比例大約為（40：1）-（100：1），鋁粉分散到載體后具有與底材平行的特點，眾多的鋁粉互相連接，大小粒子相互填補形成連續(xù)的金屬膜，遮蓋了底材，又反射涂膜外的光線，這就是鋁粉特有的遮蓋力。鋁粉遮蓋力的大小取決于表面積的大少，也就是徑厚比。鋁在研磨過程中被延展，徑厚比不斷增加，遮蓋力也隨之加大。
2、鋁粉的屏蔽特性  分散在載體內(nèi)的鋁粉發(fā)生漂浮運動，其運動的結果總是使自身與被載體涂裝的底材平行，形成連續(xù)的鋁粉層，而且這種鋁粉層在載體膜內(nèi)多層平行排列。各層鋁粉之間的孔隙互相錯開，切斷了載體膜的毛細微孔，外界的水分、氣體無法透過毛細孔到達底材，這種特點就是鋁粉良好的物理屏蔽性。
3、鋁粉的光學特性  鋁粉由色淺、金屬光澤高的鋁制成，它的表面光潔，能反射可見光、紫外光和紅外光的60%-90%，用含有鋁粉的涂料涂裝物體，其表面銀白光亮，這就是鋁粉反射光線的特征。
4、鋁粉的“雙色效應”特性  鋁粉由于具有金屬光澤和平行于被涂物的特性，在含有透明顏料的載體中，鋁粉的光澤度和顏色深淺隨入射光的入射角度和視角的變化發(fā)生光和色的變化，這種特性稱為“雙色效應”。鋁粉在涂膜內(nèi)以不同層次排列，當入射光照射到各層鋁鱗片時，因穿過不同厚度的涂膜受到不同的削弱，反射出的光線顯然亮度也不同。當光線射入含透明顏料和鋁粉的膜層內(nèi)時，入射光透過顏料粒子成為有色光，再經(jīng)過不同層次的鋁粉反射出來，就會發(fā)生色調(diào)和金屬光的變化，入射光和視角自垂直逐漸發(fā)生角位移動，光線則透過不同粒子數(shù)量的顏料和不同粒徑的鋁粉，反射出的光線的色調(diào)和金屬光也發(fā)生無窮的變化。鋁粉的這種特性，已廣泛地應用于涂料內(nèi)，作錘紋漆或金屬漆。
5、鋁粉的漂浮特性  顏料用鋁粉及鋁粉漿的一大種類是漂浮型的，它的特點是鱗片狀浮于涂膜表層。
第三節(jié)  鋁粉的應用
一、鋁粉因具有銀白色金屬光澤，所以俗稱鋁銀粉或銀粉，其化學成份實為“鋁”，并非“銀”。應用范圍：粉末涂料、油墨、塑膠色母粒、印刷、仿金紙、仿金卡、金膠片、紡織品，但在水性漆及帶酸堿的油漆中使用會氧化變黑。不推薦用于要求耐酸堿及與雨水結合的場合。
二、超細銀粉：1、超細浮銀表面積大，當其暴露在空氣中，能迅速在其表面生成一層鈍態(tài)的保護膜，即氧化發(fā)黑，需做好密封措施，浮銀不推薦用于要求耐堿的場合,如有要求可考慮采用銀白珠光粉；2、銀粉的批次間有一定的差別,且受工藝、噴涂的影響較大，除需盡量保持生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性外，應先試驗再生產(chǎn)，以免擴大損失。3、超細銀蓋底添加量1-2%,在添加高光蠟AW500B的情況下0.6%-1.5%就可蓋底并產(chǎn)生很強的金屬光澤,銀粉添加量大越白,添加量越小越藍，添加量不足時有黑點黑絲，或俗稱蒼蠅屎，整體偏黑。4、浮銀呈片狀，總是漂浮在涂層的外面一層，所以硬度及抗氧化發(fā)黑的性能稍差，要得到較好的硬度需內(nèi)加消印增硬劑AS501，外加銀粉增硬劑POL16,ＰＯＬ09等，不能加高光蠟、金銀粉排列劑、聚乙烯蠟等,混合時間越長效果越好。
三、浮銀：1、銀粉粒徑越小金屬感越強，遮蓋力也越強；添加量太大易產(chǎn)生吐粉和堵塞槍頭的現(xiàn)象；添加量不夠時容易出現(xiàn)黑點、發(fā)花或細小的條紋。R18、R01等特效新型銀粉分散劑是用SIO2作載體的高效分散劑，不同于普通的銀粉分散劑，不管銀粉添加多少均可均勻分散無黑點，因而可以通過調(diào)節(jié)底色及減少銀粉用量來調(diào)制灰黑、藍相及不同色相的銀粉效果，添加量極小，對流平有良好的促進作用。外加到片料里一起磨，不能直接外加，直接外加會產(chǎn)生顆料及白點等,R01效果較好，直接干混無顆粒。2、浮型鋁粉的片狀結構在研磨擠出過程中會被破壞（變形或粉碎），結果使顏色發(fā)灰，所以一般使用干混方法。
四、非浮銀：1、非浮銀均勻地、平行地分布在整個涂膜在中，因而被樹脂包裹，所以具有良好的抗氧化性及耐磨性，較好的耐候耐酸堿性,無手印,表面亮澤，且顏色可從底粉來調(diào)節(jié),但添加量較浮銀大,金屬效果無浮銀強，較白。2、PCR\DIS型鋁粉特別適用于戶外產(chǎn)品,因為有無機包覆層,具有很好的耐水,耐候,耐化學性；雖然用硅等材料包膜,但在自然曝曬的環(huán)境中，鋁粉在光照和濕度等條件下,很快會發(fā)生氧化等化學物理變化,從而使金屬感減弱,涂膜發(fā)灰發(fā)暗,出現(xiàn)灰斑等。為解決此類問題及被擦傷等問題，建議用透明粉罩光。3、蓋底添加量以透明底粉測試，閃銀的添加量較多可以達到10%左右;混合與噴涂工藝直接影響噴涂與遮蓋效果，請注意混合均勻及噴涂的一致性,粒徑越粗閃爍效果越好。4、由于銀粉顆粒在形狀、密度和帶電荷量方面與粉料存在差異，會造成分離現(xiàn)象而影響上粉。采用邦定技術將粉末與銀粉進行粘接，上粉及效果大大提高。5、鋁粉能耐高溫600度不變色。
第四節(jié)    鋁粉使用的安全事項
一、一般介紹
粉末涂料比普通油漆的安全風險要低，與溶劑/空氣混合物相比，粉末/空氣混合物的引發(fā)著火能量是50-100倍。但是，所有可燃性的粉末或灰塵都會與空氣形成爆炸性混合物，是一種潛在的危險源。但如果事先采取相應的措施，可以進行安全的運輸，貯存和加工。為安全起見，前面提到的各種粉末的粉末濃度均不能超過10g/m3。在噴涂區(qū)，往往會超過這個濃度。因為總有足夠的氧氣含量，因此必須避免引起超過這一較低能量的火花。
PTB（物理技術聯(lián)邦研究所）BAM（材料試驗聯(lián)邦實驗室）已測定了各種含顏料的粉末涂料的爆炸數(shù)據(jù)。結果證明，在“高爆炸壓力”和“高增加壓力”方面，擠出和干混的物料沒有什么區(qū)別。
與不含顏料的樹脂粉末比較，當加入5-6%的鋁粉時，所謂的粉末常量（Dust Comstant,爆炸力的度量）和較高爆炸壓力要增加10%。鋁粉含量繼續(xù)增加時，爆炸力也會增加。當鋁粉含量大于25%以后，會達到純金屬粉末的爆炸力。但是，這種和鋁粉顏料的依賴關系并不造用于較低引發(fā)燃燒能量。不管采用何種分散方法，純的樹脂粉末都達不到較低引發(fā)燃燒能量。如果鋁粉顏料含量>10%及使用細小粒徑及未經(jīng)包覆處理的鋁粉時，較低的引發(fā)燃燒能量可能被降低。
含鋁粉的粉末涂料，它們跟普通的含顏料的粉末涂料一樣，只要不超過規(guī)定的極限，是沒有著火和爆炸的危險。
為了保證整個噴涂過程中的安全，必須避免在工廠中出現(xiàn)鋁粉的分離、累積和集中。這些基本要求也適用于含有銅金粉的溶劑型涂料。但是直接由銅鋅合金粉末引起的爆炸危險要比鋁粉小。
粉末設備得要的是所有的部件和操作人員必須有良好的接地。室內(nèi)的粉塵濃度應控制在較低水平，按當?shù)氐胤降囊?guī)定采用排風系統(tǒng)。任何情況下，要避免明火，火星和過熱的表面。
第五節(jié)    鋁粉的生產(chǎn)和加工方法
1、熔融擠出法：
該方法是將金屬顏料與粉末涂料的其余成分（樹脂等）通過螺桿擠出機加熱擠出。盡管金屬顏料與粉末涂料能夠充分混合，但金屬顏料在高粘度的熔融體中取向不足。另外，在下一道粉碎工序中，顏料的片狀結構不可避免的會被破壞。用該法生產(chǎn)的金屬粉施工時金屬效果帶灰色。因此，此方法僅被用于錘紋粉的制作。
2、干混法：
該法是將金屬顏料干粉加入已粉碎的粉末涂料中采用機械式混合器混合。干混法的優(yōu)點是金屬顏料和粉末涂料混合時不甚激烈，從而防止片狀金屬顏料的變形，金屬效果因而也不會受到影響。另外，疏松的顏料/樹脂混合體也非常有利于金屬顏料的取向，提高閃光效果。該法的缺點是在采用自動噴涂設備處理回收粉末時，由于金屬顏料與樹脂粉末顆粒的形狀、密度和所帶電荷有很大差異，從而產(chǎn)生分離現(xiàn)象。
3、粘結固定法（Bonding-Process）：
該法將金屬顏料與粉末涂料一邊干混，一邊同時加熱，使得溫度剛剛超過樹脂的軟化點，此時就能將金屬顏料固定粘結在帶黏性的樹脂粉末的表面，從而防止粉末在施工中和施工后回收時金屬顏料與樹脂粉末的分離現(xiàn)象。