金屬顏料的應(yīng)用及特性

金屬顏料
第一節(jié)  金屬顏料的特性及其應(yīng)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(lái)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(diǎn)，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(shí)，像落葉鋪地一樣與被涂物平行，互相連結(jié)，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(xì)孔，阻止外界有害氣體或液體在涂膜中的滲透，保護(hù)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(hù)作用，大量的鋅粉在涂膜內(nèi)互相連成導(dǎo)電層，當(dāng)涂層遇到電化學(xué)腐蝕時(shí)，由于鋅比鐵具有負(fù)的電極電位差，首先被腐蝕，從而保護(hù)了鋼鐵底材。不銹鋼粉具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能阻止化學(xué)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(jiàn)光、紫外光，對(duì)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(zhǎng)涂膜的壽命。
金屬顏料是極微細(xì)的粉末，且多屬鱗片狀，但也有球形、水滴形、樹(shù)枝形的，都與其制造方法有關(guān)。金屬粉末須經(jīng)過(guò)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(yīng)不同涂料的要求。
大多數(shù)金屬顏料通過(guò)物理加工方式進(jìn)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(xì)鋁粉。二、由金屬的液相狀態(tài)轉(zhuǎn)化為粉末如氣動(dòng)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(shù)脂或固化劑不是含有堿性就是有一定的酸性，對(duì)于這些金屬及金屬氧化物都會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，因此對(duì)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(guò)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(yàn)是很成問(wèn)題的。銅粉可采用苯并三氮唑等進(jìn)行表面保護(hù)，對(duì)耐化學(xué)不穩(wěn)定的鋁粉就無(wú)計(jì)可施了，所以銀色的美術(shù)型粉末涂層往往在使用一個(gè)階段后會(huì)出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象。
鎳粉在無(wú)色透明的樹(shù)脂中呈黃色，如果將它和其他顏色透明樹(shù)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(yīng)依靠金屬顏料而不應(yīng)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?yàn)楦哒谏w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(jī)的凹槽內(nèi)，搗杵在機(jī)械帶動(dòng)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(xì)小后進(jìn)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(guò)程中粉塵很多，非常容易起火和爆炸。1894年，德國(guó)Hamtag用求磨機(jī)生產(chǎn)鋁粉，在球磨機(jī)內(nèi)放入鋼球、鋁屑和潤(rùn)滑劑，利用飛動(dòng)的鋼球擊碎鋁屑之后成為鱗片狀鋁粉，在球磨機(jī)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(guó)J.Hall發(fā)明了在球磨機(jī)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(shè)備簡(jiǎn)單，工藝安全，產(chǎn)品使用起來(lái)非常方便，很快為世界各國(guó)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(guó)鋁粉工業(yè)自20世紀(jì)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(kāi)始進(jìn)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(duì)分質(zhì)量26.98，相對(duì)密度2.55，純度99.5%的鋁熔點(diǎn)為685度，沸點(diǎn)2065度，熔化潛熱323kj/g，鋁有還原性，極易氧化，在氧化過(guò)程中放熱。急劇氧化時(shí)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(xué)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(lái)簡(jiǎn)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(diǎn)，眾多的鋁粉互相連接，大小粒子相互填補(bǔ)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(guò)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(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的結(jié)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(cuò)開(kāi)，切斷了載體膜的毛細(xì)微孔，外界的水分、氣體無(wú)法透過(guò)毛細(xì)孔到達(dá)底材，這種特點(diǎn)就是鋁粉良好的物理屏蔽性。
3、鋁粉的光學(xué)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(jiàn)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(yīng)”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(yīng)”。鋁粉在涂膜內(nèi)以不同層次排列，當(dāng)入射光照射到各層鋁鱗片時(shí)，因穿過(guò)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(dāng)光線射入含透明顏料和鋁粉的膜層內(nèi)時(shí)，入射光透過(guò)顏料粒子成為有色光，再經(jīng)過(guò)不同層次的鋁粉反射出來(lái)，就會(huì)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(dòng)，光線則透過(guò)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(wú)窮的變化。鋁粉的這種特性，已廣泛地應(yīng)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(diǎn)是鱗片狀浮于涂膜表層。
第三節(jié)  鋁粉的應(yīng)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(xué)成份實(shí)為“鋁”，并非“銀”。應(yīng)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(huì)氧化變黑。不推薦用于要求耐酸堿及與雨水結(jié)合的場(chǎng)合。
二、超細(xì)銀粉：1、超細(xì)浮銀表面積大，當(dāng)其暴露在空氣中，能迅速在其表面生成一層鈍態(tài)的保護(hù)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(chǎng)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(yīng)先試驗(yàn)再生產(chǎn)，以免擴(kuò)大損失。3、超細(xì)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(qiáng)的金屬光澤,銀粉添加量大越白,添加量越小越藍(lán)，添加量不足時(shí)有黑點(diǎn)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(shí)間越長(zhǎng)效果越好。
三、浮銀：1、銀粉粒徑越小金屬感越強(qiáng)，遮蓋力也越強(qiáng)；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(shí)容易出現(xiàn)黑點(diǎn)、發(fā)花或細(xì)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(wú)黑點(diǎn)，因而可以通過(guò)調(diào)節(jié)底色及減少銀粉用量來(lái)調(diào)制灰黑、藍(lán)相及不同色相的銀粉效果，添加量極小，對(duì)流平有良好的促進(jìn)作用。外加到片料里一起磨，不能直接外加，直接外加會(huì)產(chǎn)生顆料及白點(diǎn)等,R01效果較好，直接干混無(wú)顆粒。2、浮型鋁粉的片狀結(jié)構(gòu)在研磨擠出過(guò)程中會(huì)被破壞（變形或粉碎），結(jié)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(gè)涂膜在中，因而被樹(shù)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(wú)手印,表面亮澤，且顏色可從底粉來(lái)調(diào)節(jié),但添加量較浮銀大,金屬效果無(wú)浮銀強(qiáng)，較白。2、PCR\DIS型鋁粉特別適用于戶外產(chǎn)品,因?yàn)橛袩o(wú)機(jī)包覆層,具有很好的耐水,耐候,耐化學(xué)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(huì)發(fā)生氧化等化學(xué)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(wèn)題及被擦傷等問(wèn)題，建議用透明粉罩光。3、蓋底添加量以透明底粉測(cè)試，閃銀的添加量較多可以達(dá)到10%左右;混合與噴涂工藝直接影響噴涂與遮蓋效果，請(qǐng)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(huì)造成分離現(xiàn)象而影響上粉。采用邦定技術(shù)將粉末與銀粉進(jìn)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(xiàng)
一、一般介紹
粉末涂料比普通油漆的安全風(fēng)險(xiǎn)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(huì)與空氣形成爆炸性混合物，是一種潛在的危險(xiǎn)源。但如果事先采取相應(yīng)的措施，可以進(jìn)行安全的運(yùn)輸，貯存和加工。為安全起見(jiàn)，前面提到的各種粉末的粉末濃度均不能超過(guò)10g/m3。在噴涂區(qū)，往往會(huì)超過(guò)這個(gè)濃度。因?yàn)榭傆凶銐虻难鯕夂�量，因此必須避免引起超過(guò)這一較低能量的火花。
PTB（物理技術(shù)聯(lián)邦研究所）BAM（材料試驗(yàn)聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室）已測(cè)定了各種含顏料的粉末涂料的爆炸數(shù)據(jù)。結(jié)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(méi)有什么區(qū)別。
與不含顏料的樹(shù)脂粉末比較，當(dāng)加入5-6%的鋁粉時(shí)，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(shí)，爆炸力也會(huì)增加。當(dāng)鋁粉含量大于25%以后，會(huì)達(dá)到純金屬粉末的爆炸力。但是，這種和鋁粉顏料的依賴關(guān)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(shù)脂粉末都達(dá)不到較低引發(fā)燃燒能量。如果鋁粉顏料含量>10%及使用細(xì)小粒徑及未經(jīng)包覆處理的鋁粉時(shí)，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(guò)規(guī)定的極限，是沒(méi)有著火和爆炸的危險(xiǎn)。
為了保證整個(gè)噴涂過(guò)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(xiǎn)要比鋁粉小。
粉末設(shè)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(yīng)控制在較低水平，按當(dāng)?shù)氐胤降囊?guī)定采用排風(fēng)系統(tǒng)。任何情況下，要避免明火，火星和過(guò)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(shù)脂等）通過(guò)螺桿擠出機(jī)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(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)被破壞。用該法生產(chǎn)的金屬粉施工時(shí)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(jī)械式混合器混合。干混法的優(yōu)點(diǎn)是金屬顏料和粉末涂料混合時(shí)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(huì)受到影響。另外，疏松的顏料/樹(shù)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(diǎn)是在采用自動(dòng)噴涂設(shè)備處理回收粉末時(shí)，由于金屬顏料與樹(shù)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(jié)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(shí)加熱，使得溫度剛剛超過(guò)樹(shù)脂的軟化點(diǎn)，此時(shí)就能將金屬顏料固定粘結(jié)在帶黏性的樹(shù)脂粉末的表面，從而防止粉末在施工中和施工后回收時(shí)金屬顏料與樹(shù)脂粉末的分離現(xiàn)象。