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    一种 二氧化硅 包覆型 水性 铝银浆 制备 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN200810030678.9

    申请日:

    2008.02.25

    公开号:

    CN101235226A

    公开日:

    2008.08.06

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):C09C 3/06申请日:20080225授权公告日:20100929终止日期:20130225|||授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: C09C3/06; C09D17/00 主分类号: C09C3/06
    申请人: 中南大学
    发明人: 叶红齐; 张赢超; 刘 辉; 周永华; 杨 鹰
    地址: 410083湖南省长沙市麓山南路1号
    优先权:
    专利代理机构: 长沙市融智专利事务所 代理人: 邓建辉
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200810030678.9

    授权公告号:

    |||101235226B||||||

    法律状态公告日:

    2014.04.16|||2010.09.29|||2008.10.01|||2008.08.06

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其方法的主要特征为二氧化硅胶粒自组装,先用铝盐对铝粉表面进行电位调控,使铝粉表面带正电,再通过滴加硅醇盐经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面,实现SiO2胶体在铝粉表面的自组装,使铝粉表面包覆一层均匀致密且透明的二氧化硅薄膜,从而得到二氧化硅包覆型水性铝银浆。该种水性铝银浆具有以下几个特点:在醇溶剂、水溶剂中具有良好的分散性;具有优异的耐酸耐碱的性能;包覆前后铝粉的粒径变化小于1微米、金属感下降小于5%。制备出的二氧化硅包覆型水性铝银浆产品,可作为一种环保型金属颜料广泛应用于环保型水性涂料及水性油墨。

    权利要求书

    权利要求书
    1、  一种二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,所使用的原料为油性铝银浆生产过程中未经捏合的滤饼产品,其制备过程的主要特征如下:
    (1)、玻璃反应器内,先将油性铝银浆滤饼分散于酮或醚类溶剂,酮或醚类溶剂为滤饼重量的1~3倍,再加入醇类与水的混合溶剂,醇类与水的混合比例为3∶1~6∶1,添加量为油性铝银浆滤饼重量的3~8倍,使滤饼充分分散;
    (2)、添加铝盐调控铝粉表面电位,铝盐添加量为油性铝银浆滤饼重量的0.1~2%,使铝粉表面带正电;
    (3)、滴加添加量为油性铝银浆滤饼重量的10~50%的硅醇盐,由均匀滴加的方式加入,其添加时间为2小时到6小时,经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面;玻璃反应器中溶液的pH值控制在8~9之间,水解反应温度为40~90℃,温度变化控制在±2℃;
    (4)、反应后经过冷却、过滤得到的滤饼,即为二氧化硅包覆型水性铝银浆。

    2、  根据权利要求1所述的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其特征是:所述的油性铝银浆滤饼的固含量为80~83%。

    3、  根据权利要求1所述的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其特征是:上述步骤(1)中所述的酮或醚类溶剂,为丙酮、丁酮、丁二酮、正丁醚、乙二醇丁醚或二乙二醇丁醚;所述的醇类为乙醇或异丙醇。

    4、  根据权利要求1所述的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其特征是:上述步骤(2)中所述铝盐为氯化铝或硫酸铝、三氯化铝。

    5、  根据权利要求1所述的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其特征是:上述步骤(3)中所述硅醇盐为正硅酸甲酯或正硅酯乙酯。

    6、  根据权利要求1所述的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其特征是:上述步骤(3)中所述的玻璃反应器中溶液的pH值采用氨水进行调节。

    说明书

    说明书一种二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法
    技术领域
    本发明涉及一种二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法。
    背景技术
    铝银浆是一种使用量最大的具有银灰色金属光泽的金属颜料。其制造方法大多采用湿式球磨的方法,原料为球形或近球形喷雾金属铝粉,除加入诸如芥酸、油酸等润滑剂和其他助剂外,还要加入矿物油、200#溶剂油等有机溶剂。球磨介质为1-5mm钢球。球磨时间大约在8~30小时。通过球磨,球形的金属铝粉被延展成片状的金属铝粉,呈现出银灰色的金属光泽。球磨后的片状铝粉,经过筛分工艺使产品的粒度更均匀,然后经过固液分离(过滤)操作获得滤饼。最后将滤饼与适当的表面处理剂和有机溶剂一起进行捏合操作,即得到固含量约为60~70%的铝银浆产品。
    湿法球磨采用有机溶剂的目的主要是提高球形铝粉片状化的效率,同时防止铝粉与空气接触以避免爆炸的危险。润滑剂的主要作用是防止球形铝粉在球磨过程中,由于钢球介质的机械作用所可能出现的冷焊接现象。其他助剂有稳定剂、分散剂、表面防护剂及抗沉淀剂等,其目的是提高片状铝粉的表面金属光泽和满足后续涂料行业的要求。
    有机溶剂、润滑剂和其它有机助剂的使用,所得到的产品为油性铝银浆,在油性涂料和油性油墨领域得到了广泛的应用。随着环保要求的日益重视,涂料油墨行业正在朝着水性的方向发展。上述生产出来的油性铝银浆,在水性涂料和油墨中不能得到良好的分散,从而其应用受到了制约。另一方面,由于片状铝粉表面活性高,能与水反应产生氢气,其析氢反应式如下:
    2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑
    上述铝粉的析氢反应,会引起铝粉表面金属光泽降低、直接影响到铝银浆产品的使用性能。同时由于生成的氢气具有爆炸的危险,会导致水性涂料和油墨的生产、储存及运输过程不安全。
    为了满足水性涂料和油墨对铝银浆的要求,通常需要对铝银浆进行表面改性以制备水性铝银浆,改性技术主要有表面活性剂表面改性、表面钝化改性及氧化物表面包覆改性等方法。如:US 5215579中描述了用磷酸酯类对铝粉进行表面改性,该方法存在耐腐蚀性能不佳的不足。US 4693754中描述了一种用重铬酸盐对铝粉进行钝化处理的方法,该方法的最大的问题是重金属铬会对环境造成污染。US6287695B1采用PVD法对铝粉表面进行SiO2包覆,此法操作条件苛刻,设备要求高。US 3954496利用低浓度的硅酸钠溶液为先驱物在铝粉表面进行二氧化硅包覆。该方法极易引起铝粉间的团聚,影响铝粉光泽度及遮盖力。JP2000-88274描述了磷酸氢胺存在下的硅醇盐水解进行铝粉包覆的方法,包覆薄膜中除硅外,还含有少量的磷元素。由于所制备出的产品仍然存在少量的氢气析出,表明该方法的包覆膜的致密性还有待进一步提高。
    通过氧化物包覆进行铝银浆的表面改性制备水性铝银浆时,所包覆的氧化物薄膜要达到均匀致密且透明的要求,同时还要保证铝银浆的颗粒之间不能发生团聚,也就是说,不能将多个颗粒包覆成一个大颗粒。本发明提出了一种片状铝银浆表面的SiO2包覆处理方法,其方法的主要特征为二氧化硅胶粒自组装,先用铝盐对铝粉表面进行电位调控,使铝粉表面带正电,使铝粉处于分散状态;再通过滴加硅醇盐经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面,从而实现纳米SiO2胶体在铝粉表面的自组装,使铝粉表面包覆一层均匀致密且透明的二氧化硅薄膜。正是这种先使铝粉表面带正电再吸附带负电SiO2胶粒的自组装原理,不仅能使铝粉处于分散状态,而且能确保铝粉表面二氧化硅包覆薄膜的均匀致密性,还可通过薄膜厚度的调节,调整包覆薄膜的透明度。
    发明内容
    本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、制造方便、产品质量好的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法。
    为了解决上述技术问题,本发明提供的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其主要特征为二氧化硅胶粒自组装,先用铝盐对铝粉表面进行电位调控,使铝粉表面带正电,再通过滴加硅醇盐经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面,从而实现纳米SiO2胶体在铝粉表面的自组装,使铝粉表面包覆一层均匀致密且透明的二氧化硅薄膜,所使用的原料为油性铝银浆生产过程中未经捏合的滤饼产品,其主要过程如下:
    (1)、在玻璃反应器内,先将油性铝银浆滤饼分散于酮或醚类溶剂,酮或醚类溶剂为滤饼重量的1~3倍,再加入醇类与水的混合溶剂,醇类与水的混合比例为3∶1~6∶1,添加量为油性铝银浆滤饼重量的3~8倍,使滤饼充分分散;
    (2)、添加铝盐调控铝粉表面电位,铝盐添加量为油性铝银浆滤饼重量的0.1~2%,使铝粉表面带正电;
    (3)、滴加添加量为油性铝银浆滤饼重量的10~50%的硅醇盐,由均匀滴加的方式加入,其添加时间为2小时到6小时,经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面;玻璃反应器中溶液的pH值控制在8~9之间,水解反应温度为40~90℃,温度变化控制在±2℃;
    (4)、反应后经过冷却、过滤得到的滤饼,即为二氧化硅包覆型水性铝银浆。
    所述的油性铝银浆滤饼的固含量为80~83%。
    上述步骤(1)中所述的酮或醚类溶剂,为丙酮、丁酮、丁二酮、正丁醚、乙二醇丁醚或二乙二醇丁醚;所述的醇类为乙醇或异丙醇。
    上述步骤(2)中所述铝盐为氯化铝或硫酸铝、三氯化铝。
    上述步骤(3)中所述硅醇盐为正硅酸甲酯或正硅酯乙酯。
    上述步骤(3)中所述的玻璃反应器中溶液的pH值采用氨水进行调节。
    采用上述技术方案的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法,其方法的主要特征为二氧化硅胶粒自组装,先用铝盐对铝粉表面进行电位调控,使铝粉表面带正电,再通过滴加硅醇盐经水解反应生成带负电的SiO2胶体,均匀致密地吸附于经过铝盐调控的带正电的铝粉表面,从而实现纳米SiO2胶体在铝粉表面的自组装,使铝粉表面包覆一层均匀致密且透明的二氧化硅薄膜。通过该方法制备出的铝银浆,在醇溶剂、水溶剂中具有良好的分散性;具有优异的耐酸耐碱的性能;包覆前后铝粉的粒径变化小于1微米、金属感下降小于5%。本发明在片状铝粉表面包覆了一层致密、透明的氧化硅薄膜。氧化硅薄膜本身的亲水性,使得产品能够在水或醇类介质中得到良好的分散;致密的薄膜能够阻止铝粉与水直接接触,从而避免了与水发生析氢反应;薄膜的透明性,确保了铝粉银灰色金属光泽的呈现。本发明所制备出的水性铝银浆,解决了油性铝银浆产品难以满足环保型水性涂料和水性油墨要求的问题,作为一种环保型金属颜料,可广泛应用于环保型水性涂料及水性油墨。
    综上所述,本发明是供一种工艺简单、制造方便、产品质量好的二氧化硅包覆型水性铝银浆的制备方法。
    具体实施方式
    下面结合实施例对本发明作进一步说明。
    实施例1:在玻璃反应器中加入40g油性铝银浆滤饼(d50=10.5μm),加入80g二乙二醇丁醚,搅拌均匀;加入20g水与100g乙醇的混合溶液,搅拌均匀;加入0.13g的三氯化铝,搅拌30分钟后升温至60℃,并恒温在60±2℃;取50g预先配制的25%正硅酸乙酯的乙醇溶液,通过滴加方式加入反应器,滴加时间为4小时,在滴加的同时,用4%的氨水乙醇溶液调节反应器内溶液的pH值,使pH维持在8.2±0.1,滴加完成后,再继续反应3小时,然后冷却、过滤后,得到二氧化硅包覆型水性铝银浆样品。
    比较例1:除未加0.13g的三氯化铝以外,其它条件与实施例1相同。
    实施例2:在玻璃反应器中加入40g油性铝银浆滤饼(d50=32.8μm),加入70g二乙二醇丁醚,搅拌均匀;加入20g水与100g乙醇的混合溶液,搅拌均匀;加入0.11g的三氯化铝,搅拌30分钟后升温至60℃,并恒温在60±2℃;取38g预先配制的25%正硅酸乙酯的乙醇溶液,通过滴加方式加入反应器,滴加时间为3小时,在滴加的同时,用4%的氨水乙醇溶液调节反应器内的溶液的pH值,使pH维持在8.2±0.1滴加完成后,再继续反应3小时,然后冷却、过滤后,得到二氧化硅包覆型水性铝银浆样品。
    比较例2:除未加0.11g的三氯化铝以外,其它条件与实施例2相同。
    样品检测:
    一、粒度检测:采用马尔文激光粒度测定仪(MALVERN2000)进行检测;
    二、析氢量检测:准确称取2g铝银浆滤饼或二氧化硅包覆型水性铝银浆样品,与200ml pH值为11的氢氧化钠溶液混合,置于250ml磨口烧瓶中,并用带刻度的滴定管收集放出的气体。测试时间为1周。
    三、光泽度检测:
    1、准确称取1g铝银浆滤饼或二氧化硅包覆型水性铝银浆样品,置于烧杯中,加入1g芳香族类稀释剂并搅拌分散后,再加入10g丙烯酸树脂浆,搅拌均匀。然后用锡箔纸密封后作好标识备用;
    2、将测试卡纸平铺在一块平面吸附板上,开启真空泵,使测试纸牢固吸附于平面吸附板上,并用粘尘布抹去测试纸上的灰尘;
    3、用汤匙取第1步配好备用的树脂浆料1~2ml,置于测试卡纸上;
    4、然后通过50μm刮膜器(上海普申化工机械有限公司,ZBQ制备器),在测试纸上进行匀速涂刮;
    5、流平2分钟后,在120℃烘箱中干燥20分钟;
    6、常温冷却后,对测试纸上涂刮膜进行光泽度检测,检测设备为BYK公司光泽计(CAT No.4520)。
    样品检测结果如表1所示。
    表1样品检测结果
      样品名称  粒度(μm)  析氢量(ml)  光泽度  原料1  10.5  >200  89  实施例1  10.9  0  85  比较例1  15.2  27  78  原料2  32.8  >200  112  实施例2  33.1  0  110  比较例2  35.7  19  96

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