【前言】
簡單介紹了氣相氧化鋁的物性、影響粉末涂料流動(dòng)性的因素，探討了氣相氧化鋁能提高粉末流動(dòng)性的機(jī)理。
粉末涂料作為一種環(huán)境友好型產(chǎn)品，近幾年在國內(nèi)得到了快速發(fā)展。粉末涂料產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)也越來越精細(xì)化，出現(xiàn)了這么多專用的功能性粉末涂料品種。它不僅可以起到保護(hù)和裝飾作用，還賦予涂膜各種特異功能，主要包括絕緣、導(dǎo)電、防污、阻燃、抗菌、重防腐、耐高溫、防輻射等多種功能的粉末涂料。
粉末涂料的施工是以空氣為載體進(jìn)行分散并涂裝，這樣就對粉末粉料的流動(dòng)性和儲(chǔ)藏過程中防止結(jié)塊提出了較高的要求。在粉末涂料靜電噴涂過程中，流動(dòng)性好的粉末，像流動(dòng)的水一樣，可克服粉末涂料結(jié)團(tuán)而造成噴涂堵槍或“吐粉”等生產(chǎn)異?，F(xiàn)像，避免粉末等弊病，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。氣相氧化鋁作為粉末涂料的“助流動(dòng)劑”，添加到粉末涂料中可防止涂料結(jié)塊，增加粉末涂料的流動(dòng)性，另外還有助于防發(fā)送漆面表面品質(zhì)、減少橘皮、提高光澤及穩(wěn)定性，而不對其產(chǎn)生任何不良影響。
1、氣相氧化鋁的性能
氣相氧化鋁是利用A1Cl3升華的氣體在氫氧焰中燃燒，經(jīng)高溫水解而生成的一種蓬松的白色粉末，原生粒徑在7～40nm之間，粒子之間不是孤立存在，而是“附聚體”，這些附聚體最大粒徑應(yīng)在5～6um，通常在4～5um之間。氣相氧化鋁具有顆粒細(xì)、純度高、分散性好以及表面帶正電的特性，廣泛應(yīng)用于熒光節(jié)能燈、高光相紙、粉末涂料等領(lǐng)域，是一種重要的無機(jī)化工原料，用于粉末涂料的氣相氧化鋁理化指標(biāo)如表1所列。
氣相氧化鋁的正電荷使得其可用作摩擦帶電粉末涂料配方的有效添加劑。無論是環(huán)氧聚酯混合物、聚酯-TGIC或是其他樹脂系統(tǒng)，氣相氧化鋁在摩擦涂料應(yīng)用中均提供流動(dòng)性與電荷性的極佳組合。
目前市場上在售的用于粉末涂料的氣相法氧化鋁主要是德固薩的AEROXIDEAluC和卡博特公司生產(chǎn)的SpectrAI100，廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)公司也建成了一條氣相氧化鋁生產(chǎn)線，并且用于粉末涂料的氣相氧化鋁產(chǎn)品也已推向市場。
2、影響粉末涂料流動(dòng)性的因素
影響粉末涂料流動(dòng)性的因素比較多，如所選用的樹脂類型，涂料顆粒的形狀、粉末粒徑的大小及分布都會(huì)影響其流動(dòng)性。一般情況下，選用聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)轉(zhuǎn)變溫度較高的樹脂，粉末的穩(wěn)定性提高，結(jié)塊性降低，粉末涂料的流動(dòng)性提高。但樹脂的相轉(zhuǎn)變溫度太高，流動(dòng)性差，會(huì)導(dǎo)致粉末涂料涂膜的機(jī)械性能下降.生產(chǎn)中一般選擇樹脂的相對分子質(zhì)量在2000～5000，相轉(zhuǎn)變溫度在50～65℃范圍內(nèi)較適宜。
粉末涂料顆粒形態(tài)對粉末流動(dòng)性影響很大，角形顆粒的粉末涂料綜合性能較好，球形的粉末涂料盡管蓬松度高，安息角小，但噴涂時(shí)需要的風(fēng)量較大。而須形粉末涂料的綜合性能都比較差。因此在粉碎加工時(shí)盡可能控制顆粒的形狀為角形或球形，避免須形。
粉末涂料顆粒大小及分布對流動(dòng)性也有一定的影響。顆粒大，流動(dòng)性會(huì)好一些，但產(chǎn)生橘皮效應(yīng)的機(jī)率也就愈大。粒徑分布均勻的粉末涂料流動(dòng)性要比分布不均勻的粉末流動(dòng)性好，粉體之間的摩擦較小，便于施工，噴涂的品質(zhì)也較好。
另外，粉末涂料在貯存和運(yùn)輸過程中，由于會(huì)吸收空氣中的水分受潮或因承壓以及環(huán)境溫度升高而結(jié)塊，影響到粉末的流動(dòng)性，導(dǎo)致無法進(jìn)行靜電噴涂。
在上述影響因素確定的條件下，往粉末涂料中加入助流動(dòng)劑——?dú)庀嘌趸X，可以大大提高粉末涂料的流動(dòng)性，也可以防止結(jié)塊，便于噴涂施工。
3、氣相氧化鋁改善粉末涂料流動(dòng)性的機(jī)理
粉末聚集是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)作用力通過多種方式與顆粒所受重力相互競爭的結(jié)果，取決于顆粒尺寸、濕度和顆粒構(gòu)成（見圖1）。一般情況下，當(dāng)干燥顆粒尺寸大于75um，重力大于結(jié)構(gòu)或顆粒間作用力，顆粒之間引力較小，粉末可以流化，且只需要很少能量就可以流動(dòng)，顆粒能夠彼此獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。但顆粒大時(shí)，涂膜的外觀質(zhì)量下降，橘皮也較嚴(yán)重，噴涂表面的品質(zhì)降低。
當(dāng)粉末顆粒小于75um時(shí)，顆粒之間的引力往往大于顆粒的重力，粉末容易團(tuán)聚，導(dǎo)致流動(dòng)性下降。目前的粉末涂料顆?；驹?5um左右，未來發(fā)展的趨勢是進(jìn)一步把粉末顆粒的大小控制在10～20um之間通過減小基質(zhì)顆粒尺寸來得到更薄涂層。為了克服粉末之間的團(tuán)聚，就需要加入如氣相氧化鋁之類的納米材料，起到助流動(dòng)性的作用。在粉末涂料中加入適量的氧化鋁粉末，通過充分的機(jī)械攪拌，氧化鋁納米顆?？捎行虻亟Y(jié)合在基質(zhì)顆粒的表面，形成一層“包覆”，這樣形成一個(gè)“殼核”結(jié)構(gòu)，整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可有效減小顆粒間的靜電引力，避免由于范德華力、吸潮、顆粒摩擦等產(chǎn)生的粉末粘接。流化需要較少能量，運(yùn)輸時(shí)較少發(fā)生沉降，粉末流動(dòng)性更好，粉體蓬松密度變大（見圖2）。
如果加入的氧化鋁太多或太少或由于沒有充分?jǐn)嚢?，那么納米氧化鋁顆粒不能均勻地結(jié)合在基質(zhì)顆粒的表面，而是隨機(jī)分布在基質(zhì)顆粒之間，不能在基質(zhì)顆粒的表面形成一層有效“包覆”，那么粉末涂料顆粒之間還會(huì)團(tuán)聚，導(dǎo)致流動(dòng)性降低，基質(zhì)顆粒傾向于附聚，流化需要更多能量，不便于施工噴涂（見圖3）。
正是由于氣相氧化鋁獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和合適的“附聚體”顆粒尺寸以及表面的正電性，使其能夠和粉末涂料的基質(zhì)顆粒形成包覆的“殼核”結(jié)構(gòu)，從而有效提高了粉末涂料的流動(dòng)性，也為末來粉末涂料顆粒進(jìn)一步微細(xì)化提供了可能，尤其是目前在市場上出現(xiàn)的超細(xì)粉末涂料，其產(chǎn)品粒徑甚至控制到0.1～0.2um。粉末涂料粒子愈小，其熱容量愈低，熔融所需時(shí)間也就愈少，從而可較快聚結(jié)成膜進(jìn)而流平，涂層致密、附著力、抗沖擊強(qiáng)度和韌性均好，邊角覆蓋率高，具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品腐蝕性能和電氣絕緣性能。通常氣相氧化鋁的加入量是粉末涂料總質(zhì)量的0.1%～0.3%，可在粉碎前混入也可以在粉碎后混入。添加量過多，影響涂膜外觀及機(jī)械性能，加量過少，流化作用效果不明顯。另外，添加時(shí)更要混合均勻。
4、結(jié)語
氣相氧化鋁作為一種重要的無機(jī)功能材料，在提高粉末涂料流動(dòng)性方面起到了很好的作用，但其價(jià)格較高，在一定程度上也限制了其應(yīng)用。廣州吉必盛科技公司經(jīng)過多年的技術(shù)積累，充分吸收生產(chǎn)氣相白碳黑的經(jīng)驗(yàn)，于2013年7月成功建成一條年產(chǎn)300t氣相氧化鋁生產(chǎn)線，并一次點(diǎn)火成功。不僅大幅度降低了產(chǎn)品售價(jià)，并且在運(yùn)輸方面也比較快捷，無疑對國內(nèi)粉末涂料行業(yè)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用，使粉末涂料行業(yè)向更高端、更精細(xì)、更環(huán)保方向健康地發(fā)展，從而也帶動(dòng)下游行業(yè)的快速發(fā)展。
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