23年!云顶娱乐平台专注于改性塑料行业! English

颜料铝粉表面处理研究

2017-05-18 admin

摘要:铝粉在工业上具有广泛的应用。其鳞片状结构和分层结构使涂料和塑料具有良好的金属光泽,但也具有易氧化,耐酸碱的缺点。此外,在注塑过程中会出现明显的流痕和焊缝缺陷。围绕铝粉表面改性进行了大量研究,聚合物乳液聚合法最有可能用于将铝粉涂覆成球形琥珀结构,这可以改善流痕和焊缝缺陷,但有要解决的技术有很多困难。本文总结了铝粉表面改性的主要研究方向,并在初步模型上推导出铝粉球形包装。克服负面影响的关键是使用直径相对较小的铝粉。

关键词:铝粉,表面处理,流痕,焊缝,涂层,涂层

.前言

铝粉广泛用于航空航天,弹药,烟火,冶金,石化,装饰等领域。它也是一种常见的金属颜料。它具有明亮的金属光泽和颜色,用于涂料,油墨和塑料。通常用于颜料的铝粉是鳞片状的。当用于涂漆时,它以叶子的形式漂浮在涂料的表面上,平行于涂料的表面,并且重叠和互连。一方面,鳞片状铝粉末对光的镜面反射使涂料具有明亮的光泽,另一方面形成阻挡成膜材料的微孔并改善膜的阻隔性的屏障。因此,他对紫外和红外性能的反映可用于屋顶涂料,阻隔性能可用于保护涂料,装饰性特征可用于汽车涂料,用于广泛的应用。

另一方面,铝粉在性能上有一些缺点:

铝的化学性质更活跃。当它与空气中的氧气接触时,会在表面形成氧化膜,失去光泽。因此,长时间保存的铝粉的颜色或制备后长时间未使用的银漆会变暗;

铝不耐酸和碱,经常与手掌接触的银漆会变黑。在早期的笔记本电脑中尤其如此。汽车中使用的银漆必须经过酸雨处理;

铝粉分散性差,易结块,特别是在水性涂料体系中,铝的亲水性不好;

当铝粉用于塑料时,鳞片状铝粉倾向于平行于注射或挤出的流动方向。当流的流动稳定且方向一致时,铝粉的特性有助于良好的外观,但如果流动方向改变,流路宽度突然变化,或几个流相遇,鳞片铝粉将在布置方向上改变,从而在产品外观上产生流痕和焊缝。该生产线的缺陷,这个问题极大地限制了他对注塑产品的使用。

为了提高铝粉的分散性,提高储存和运输过程中的安全性,提高耐酸碱性,需要对铝粉进行表面处理。我们可以购买的大多数市售铝粉大多是在进行的。表面处理产品。

目前,我国铝粉的表面处理一般是采用无机物或聚合物粘附或涂覆铝粉表面。我们希望通过研究这些已有的成果来改善甚至消除注塑产品中铝粉的形成。流痕和焊线的方法,以及判断该方法需要解决的问题。

.铝粉的制造和分类

  通过机械粉碎铝锭获得铝粉。它已经生产了100多年。他经历了氦气,研磨和雾化的发展。

最早的铝粉是通过捣打法制备的。将铝废料放入粉碎机的凹槽中,粉碎物不断被击打,使碎屑变薄并在冲击下破碎,当碎屑变成细度后,选择具有所需粒径的颗粒。筛选成为产品。该方法生产效率低,产品质量不易控制,生产过程中粉尘多,容易引起火灾和爆炸,产品储存和运输不安全。 。 1894年,德国Hamtag发明了使用球磨机生产铝粉的方法。将封闭室和球磨机的管充满惰性气体,并放置铝屑,钢球和润滑剂。铝芯在钢球的冲击下受到撞击。它已成为鳞片状铝粉。该方法至今已被使用,称为干法。 1910年,American Hall EJ发明了一种在球磨机中向空气中添加石油溶剂而不是惰性气体的方法。将破碎的铝废料与溶剂和润滑剂一起置于球磨机中,并将生成的铝粉和溶剂混合成浆料。变成银浆。该方法设备简单,操作安全,产品可直接使用。因此,现在大多数铝粉生产采用这种方法,称为湿法。

另外,可以通过雾化法制备铝粉,首先将金属铝熔化,然后通过高压氮气通过雾化喷嘴吹出,通过冷却,切碎和分级可以得到不同细度的铝粉。一个低温冷却塔。根据使用的介质,可以使用气体雾化和水雾化。气体雾化铝粉通常是球形的,也可以用作制造球磨铝粉的原料。目前国内有球形铝粉生产厂家,粒径从几微米到几十微米,但该产品光泽度差,不能直接用于颜料注射成型。

铝粉根据加工方法和形状分类,如下表所示:

1 铝粉分类

处理方法

粒子形状

主要用途

表面处理

雾化方法

球面和准球面

易燃铝粉,球磨铝粉空白

冲击破碎方法

条带,芯片和多面体

工业铝粉

研磨方法

片状

油漆,颜料和建筑材料

浮动,非浮动,水分散

通过球磨法生产的铝粉加入表面处理剂如硬脂酸,使其具有一定的疏油性。铝粉漂浮在涂层表面,称为浮铝粉;铝粉与涂层有亲和力。性,均匀分布在涂层树脂中,而不是仅分布在表面,称为非浮动;一定的亲水性,适用于水性涂料体系的铝粉变得可水分散,这些类型通过球磨机加入。不同的表面处理用于实现这一目的。

最着名的铝粉供应商是Eckart,Silberline和Toyo Aluminum。用于注塑成型的铝粉有三种类型的商品:玉米片型,银型和球型,如下图所示:

1 注塑用铝粉的形态

其中,玉米片型和银元型铝粉均为薄片状。玉米片型通常形状不规则,粒径分布宽,玉米片型具有良好的遮盖力,银元型铝粉在表面抛光,边缘也更多。平滑。这两种铝粉适用于不同的加工工艺。在吹膜过程中,遮盖力是一个重要的考虑因素。可以使用玉米片型铝粉,并且在注塑,铝粉和其他添加剂以及树脂中都必须进行双螺杆挤出机的造粒加工,并且螺杆剪切已成为考虑的重要因素。玉米片型铝粉具有不光滑的边缘和不规则的形状,并且易于被接合元件弯曲和剪切,并且其表面不光滑,并且光照射到铝板的表面上以反射所有方向,使制成品变黑。光泽度不好。银型铝粉具有抛光表面和光滑边缘,更适合注塑成型,所制造的产品具有明亮的光泽。球形铝粉由于其形状可以有效地改善流痕和焊缝,但它不是板状结构,因此光的反射不能是镜面反射,如图1中的最后一个,球形铝粉呈现出来。效果是闪烁的针状光,而不是明亮的银白色。将黑色背景与其闪烁相匹配的效果如图2所示:

2 球形铝粉在黑色透明ABS中的效果

.铝粉的表面改性

目前,铝粉表面改性的研究主要集中在提高其耐酸碱性,耐化学性和分散性。有中南大学,华南理工大学,南京理工大学和昆明理工大学等大学。该主题虽然改善了焊缝和流痕的表面改性,但尚未见报道。从表面改性的机理来看,主要有两种类型,一种是腐蚀抑制方法,另一种是涂膜法。腐蚀抑制方法是在制备或使用铝粉期间添加缓释剂,并将其吸附在铝的表面上,例如金属。盐,苯乙烯和马来酸的共聚物,酚衍生物和杂环原子化合物等。这些化合物与铝形成持续释放体系,以防止酸和碱与铝原子反应。本文不讨论这种表面处理。范围,我们主要讨论涂层铝粉的表面处理方法。

涂膜也是一种相对常见的改性方法。改性剂和颗粒之间没有化学相互作用。通过使用物理吸附或范德华力,在颜料颗粒的表面上形成一层或多层涂膜,并包裹颜料铝粉。在内部,它与外部环境隔离,从而防止铝粉与酸,碱和氧接触,改善铝粉的颜色和分散性,并保持铝粉原有的光泽。他也是一种前景。表面处理方法。

涂膜法主要以下列方式使用:

1溶胶 - 凝胶法

通常,在酸或碱环境中使用硅烷醇盐水解成多羟基化合物,并且多羟基化合物经历缩聚反应以形成三维网状结构,其附着于铝粉的表面以形成一套。这种溶胶/凝胶反应条件温和,可在低温和低压下进行。

Kiehl等[1]采用溶胶 - 凝胶法在催化剂作用下水解TEOS(原硅酸乙酯),并成功地将二氧化硅沉积在铝粉表面形成涂膜。获得了该方法的处理效果。它具有很好的耐候性和光学性能。

2乳液聚合方法

铝粉和疏水性有机单体分散在诸如水的介质中。在水溶性引发剂的作用下,有机单体在铝粉表面聚集并聚合形成铝和聚合物的复合颗粒。该方法的优点是有机单体不溶于水并易于吸附在铝表面上。缺点是在涂覆之前必须对铝粉进行预处理,以使颜料铝粉在反应过程中不被腐蚀。

Batzilla等人。通过乳液聚合成功制备了聚合物涂层铝粉[2],并认为关键是预先保护铝粉并控制聚合温度较低。

刘等人。通过原位乳液聚合制备PMMA/AL复合粒子[3]。他使用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂,然后引发单体MMA的聚合,虽然这种包装铝粉的耐腐蚀性大大提高,但铝粉的腐蚀不能完全抑制,表明他的实验中的涂层不完整。

3悬浮聚合法

这种聚合方法是由英国ICI公司的研究人员提出的。在反应之前,将单体,引发剂和分散剂溶解在介质中以形成均匀的体系结构。所得聚合物不溶于体系,分散剂的空间为。抗性效果使颗粒稳定地悬浮在介质中直至颗粒变大并沉淀。他实际上是一种沉淀聚合。当该方法应用于铝粉的表面处理时,表面活性剂被吸附在铝粉的表面上,并且在溶液中发生聚合。当聚合物链段生长到临界值时,它从系统中沉淀并沉积在表面活性剂层上。在形成铝粉包[4]。

Kimura等。 [5]采用悬浮聚合法涂覆颜料铝粉,并用乙醇作为介质,用表面活性剂和苯乙烯单体涂覆铝粉。发现使用阴离子表面活性剂并且没有使用。在离子型表面活性剂的情况下,聚苯乙烯不能有效地包封在铝粉的表面上,并且颜料铝粉的粒度随着表面活性剂和苯乙烯的量的增加而增加。

Chen Zilu等[6]采用悬浮聚合法制备了聚苯乙烯涂层铝粉,并讨论了涂层机理。该过程分为四个阶段:分散,聚合,核 - 壳生长和复合完成。首先,将铝粉,苯乙烯单体和引发剂均匀地分散在无水乙醇中。达到一定条件后,苯乙烯开始在铝粉表面聚合,最后在铝粉表面形成涂膜。所得聚合物的聚合度为100-200,包封率小于10%。

.铝粉表面改性的表征方法

上述研究的表征方法是。为了判断改性的效果,主要有两种,一种是定性的,即铝粉表面被判断为涂有其他物质如聚合物和SiO2,包括红外光谱(图3) ,SEM,TEM,形态分析和半定量方法确定包装的效果,包括粒度分析(图4),EDX光谱分析,热重分析和耐酸碱性通过性别测试计算的腐蚀抑制效率。

 

3 处理前后铝粉以及单体的红外谱图

[7]

腐蚀抑制效率通常计算如下:

在该式中,V和V0分别是在0.1mol/L盐酸溶液中处理后和处理前的铝粉24小时的析氢量。如果抑制效率等于1,则表明铝粉100%被盐酸包裹。中间浸泡没有氢析出。该指示器可以指示它是否被包裹。它适用于涂覆铝粉,但并不表示包装的厚度。

通常的做法是在塑料中加入铝粉以获得金属外观。然而,在获得金属光泽的同时,流痕和焊接线的外观缺陷极大地限制了这些材料的使用,因此它只能应用于任何材料。在注塑件和挤压件上,孔和流道的变化相对简单,结构相对简单。由于这种材料的明亮金属光泽,片状铝粉还具有缺陷的外观。为了解决这个问题,可以从焊接线的机理来判断,见图5:

TR

4 处理前后铝粉的粒径分布[7]

在两股流相遇之前​​,片状铝粉在流体主体中的排列基本上与流动方向平行,因为电阻很小,并且流前沿的铝粉末排列基本上平行于流前沿,基本上,上方向垂直于流动方向,右图中,两个流相遇后,流动前沿的铝粉保持垂直于流动方向的原始流动方向,与流动方向平行在体内的铝。粉末取向不一致,导致外观出现黑线。片状铝粉对光具有强烈的镜面反射,黑线附近区域的外观也与主要部分不同,外观差,这是成型的缺点之一。

改善这种缺陷的方法之一是开发成型和模塑技术。 Bevis等人。 [8]开发了SCORIM技术(Shear Controllcd Orientation Injection Molding),它通常用于玻璃纤维或碳纤维垂直于流动方向(和焊接线的方向)取向。平行),最终导致产品强度降低。它在模具上打开两个主要通道。来自注射喷嘴的熔融树脂将分别沿两个主通道填充腔体,并且当填充熔融树脂时,通过使用SCORIM装置将两个液压缸的活塞分别设置在主流动通道上。在腔体之后,两个活塞将一个接一个地反复振荡。此时,焊接部分的玻璃纤维或碳纤维将被迫沿剪切力场取向。该技术不仅可以提高焊接线的强度,还可以消除产品内部。收缩腔或表面的收缩。德国Klockner Ferromatik Desma开发的推拉方法,日本宝理塑料开发的Cross Layer Moldint,以及四川大学开发的动态压力控制技术均基于该技术。原理是当树脂未固化时形成流的振动,并改变焊接线的局部纤维取向,从而增加材料的强度。该技术还可用于改善由铝板粉引起的焊缝缺陷。

另一种方法应该是改变铝粉的形状。球形铝粉能有效改善焊缝和流痕,但遮盖力大大降低,不能形成银白色外观,只能显示星星的效果,如图2所示。一种可能的想法是包裹铝粉,即包裹铝粉而不改变铝粉的片形式以形成透明的球形琥珀结构,其保持铝粉片。结构的镜面光泽可以避免在熔体流动期间铝粉的取向。如果铝粉末的取向不规则地布置在焊接线部分和正常流动路径部分中,则两者是一致的,并且应该没有焊接线。外观上的差异。如果可行,这种技术有几个困难:

1包装材料不应是无机的,应该是某种聚合物。原因是形成的夹杂物是球形的,而不是薄膜。这种材料应该能够长大。采用溶胶 - 凝胶法和沉淀法保护铝粉表面处理是不合适的。它应该是一种可以长大的聚合。铝粉的粒度分布通常在很小的范围内,并且需要生长为具有相对单一粒径的球形,并且聚合优选为乳液聚合;

2包装材料应透明,耐高温。为确保铝粉还具有金属光泽,应使用透明材料包裹。而且,这种材料在塑料注射成型过程中不会熔化和损失。它应该成形为刚性颗粒,其要求熔化温度高于注塑成型基材的熔化温度。温度。而且,为了保持材料的整体透明性,颗粒涂层的折射率优选等于基材,否则会产生光散射效应,材料会雾化,外观是半透明的;/p>

3,待处理铝粉的选择应优先考虑形状规则,表面抛光,边缘光滑的银型铝粉,因为不规则铝粉可能会消耗更多的加工时间,包装量更大。效力的难度增加。另外,很明显,包裹后的铝粉不再倾向于与流动方向一致,并且遮盖力降低。为了减少这种负面影响,应该选择遮盖力。用于包装的小铝粉;

4接口改进可能是一个难点。在铝粉表面上引发聚合反应,并使颗粒生长。在控制反应时间和温度以使颗粒长得足够大之后,填充到复合材料中的颗粒应具有良好的分散性和界面。兼容性,否则会严重影响冲击,阻燃等性能。

我们可以假设一个模型并做一个简单的估计,以确定处理过的铝粉是否对材料有很大的负面影响。如果需要金属效果使颗粒填充30%(重量),则该技术尚不成熟。

 

平均直径D50 um

平均厚度T50nm

直径与厚度比D50/T50

LX4713

14.5

200

72.5

LX4817

17.2

270

63.7

LX4236

37

430

86

LX4245

47.9

660

72.6

r注

18

600

30

注:R是New Platinum Company在美国生产的新等级。它具有抗剪切性和明亮的外观。 LX系列产品在山东济南生产。它与在美国生产的铝粉生产中使用的机器相同。形式相同,但载体不同。 p>

假设处理前的铝粉是理想的圆饼形状,直径和厚度是表2中的相应值,并且在包裹后,仅包裹圆饼的球体是理想的,因为直径 - 厚度比大,包裹后不考虑铝粉厚度的影响,其直径与铝粉直径完全相同。封装树脂是PMMA,密度为1.15g/cm3,如图6所示:

.改善流痕和熔接线的铝粉表面处理

TR

TR

5 熔接线产生机理

铝粉广泛用作涂料工业中的重要效果颜料,但在塑料工业中使用较少。研究其表面处理方法是有意义的,并找到克服成型缺陷的方法,并扩展其在塑料工业中的应用。通过研究其他研究人员的研究结果和方法,提出了利用乳液聚合将透明聚合物包裹在铝粉表面形成琥珀结构的思路,并通过简单模型推导出。结论是应选择直径较小的银元素类型。铝粉对系统性能影响最小的结果。

上一篇:文汇报:没有了 下一篇:汽车轻量化论述 返回