铝粉着色方法的研究概述

摘 要： 本文综述了铝粉着色的三种方法，通过阳极氧化法处理铝粉是在其表面形成一层多孔性的氧化膜，然后浸渍于有机或无机颜料溶液中着色。通过化学氧化法制备彩色铝粉，是指铝粉表面经过处理，使其在水溶性染料中具有吸附染料的能力。采用在片状铝粉表面沉积二氧化硅和氧化铁双层膜的方法制备彩色铝粉颜料。

关键词： 铝粉着色 阳极氧化法 化学氧化法 表面沉积法

随着生产建设的发展，科学技术及文化的进步，人们对商品美化的要求也相应提高。彩色铝粉以其色彩鲜艳，抗腐蚀性强，绝缘性高，不易褪色，具有强的金属光泽，价格低廉等特点，在气体，涂料，印刷印染等工业生产和美工装饰等各个部门得到了广泛的应用，并为拓宽金属颜料的色彩范围开辟了广阔的途径。

为了装饰目的，彩色铝粉已经被应用。有关铝粉的着色研究，国外从三十年代就已经开始［１］，并取得一些成功的经验。近年来国内也有文献报道［2］，可采用阳极氧化法制备粒度为320目的彩色铝粉，但尚处于试验阶段。进入21世纪，人们的环保意识不断增强，水性涂料呈现了良好的发展前景，铝粉颜料在水性体系中的成功应用，大大提高了涂料的耐候性，利用溶胶――凝胶法在片状铝粉粒子的表面包覆上一层惰性的二氧化硅膜，通过液相沉积法在SiO/Al复合粒子表面沉积一层氧化铁膜，成功地研制成了彩色铝粉，促进了水性环保型涂料的发展。

下面我就其着色的三种方法作一综述。

1.阳极氧化法制备彩色铝粉

铝粉的阳极氧化是通过电解液的阳极反应而生成氧化铝膜的电化学过程。这个氧化膜吸附有机染料、无机颜料的颜色而着色。将铝粉置于硫酸电解液中，并不断地加以搅拌，使铝粉呈漂浮和半漂浮状态［5］，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阳极状态，从而在铝粉表面生成易于着色的氧化铝膜。阳极反应是阳极析出的初生态氧与铝粉表面的铝原子化合成氧化铝的反应，其中部分氧化铝即刻与水化合成水合氧化铝，这就是氧化铝膜的形成过程。同时氧化铝膜可被硫酸电解液溶解，所以阳极氧化过程同时存在成膜反应和溶膜反应，因此必须控制适宜的条件，才能形成一定厚度的氧化铝膜。阴极反应中产生氢气，故使形成的氧化铝膜具有多孔疏松的特点，有利于吸附能力的增强。

铝粉着色是一个物理化学过程，将经阳极氧化处理过的铝粉置于有机染色液中浸泡，使铝粉表面氧化膜吸附有机染料分子，同时氧化铝膜中的氧化铝分子可与有机染料分子以共价键、配位键或氢键等形式结合生成配合物，从而使氧化膜着色。

阳极氧化在铝粉粒子表面形成氧化铝膜的过程中，影响成膜的因素较多，同时不同的着色液导致不同的着色效果，因此应该考虑电解液浓度、反应时间、温度、着色液等因素的影响。研究结果表明：（1）硫酸电解液的浓度对氧化膜的生成具有明显的影响。硫酸浓度过低，电解液的导电性不强，氧化铝的成膜速度慢，硫酸浓度过高，生成的氧化膜又溶解，最佳的实验条件：硫酸电解液的浓度应为5―10%。（2）阳极电流密度与氧化铝膜生成速度成正比，由于铝粉在某一瞬间接触阳极，因此阳极电流密度越大，越有利于铝粉在阳极放电，阳极电流密度越大，生成的氧化铝膜越疏松，有利于着色。实验表明，在7%硫酸电解液中进行阳极氧化，一般控制电流密度为5安/分米2以上，电压不应小于40伏。（3）在阳极氧化过程中，只有经过一定的时间后，才能使铝粉与阳极充分接触，实验表明，氧化时间以60―90分钟为宜，同时氧化时温度也要保持在25―35°C为宜。（4）在氧化铝膜上着色，其着色的难易程度与氧化膜的厚度及着色液的浓度有关，氧化膜越厚，越易着色；着色液的浓度越大，越易着色，且颜色越深［4］。因此在着色过程中，一般采用较浓的着色液。实验表明：根据所需颜色的深浅，对着色液浓度加以调整。同时着色液温度为50―60°C，着色时间为20―40分钟，pH为4.5―6.0为宜。

2.化学氧化法制备彩色铝粉

化学氧化法是将铝粉置于弱碱性氧液中，在其表面形成一定厚度的氧化膜。铝粉氧化过程中，发生下列主要反应：

2Al+（3+x）HO=AlO•xHO+3HO（1）

AlO•xHO=AlO•xHO+（x-1）HO（2）

AlO•HO=AlO+HO（3）

AlO•xHO+2OH=2（Al（OH））+（x-3）HO（4）

2AlO+4OH+6HO=4（Al（OH））（5）

铝粉在弱碱性水溶液的作用下，表面被氧化，生成无定性水合氧化铝，并逐渐转化为AlO•HO和无水AlO，形成有效的着色层，在成膜的同时，还伴随有溶膜反应的发生。因此必须控制适宜的工艺条件，使成膜反应速度大于溶膜反应速度，才能得到符合着色要求的氧化膜。

将处理后的铝粉置于直接耐晒翠蓝GL水溶液（1.5g/L）中着色，这一着色过程主要是吸附染料的物理过程，同时也伴随着一定的化学作用，染色后的铝粉通过表面处理增加机械强度，同时还要进行亲油处理［3］，将染色后的铝粉用乙醇、丁醇逐次脱水，然后用硬脂酸保护铝粉表面，这样可延长存储期［7］。研究表明：氧化液的pH值对能否成膜及成膜厚度有重要的影响，若pH值较低，成膜反应速度减慢，pH值偏高，会使铝粉表面的氧化铝薄膜加速溶解，同时会使铝粉表面遭受强烈的腐蚀作用而失去光泽，实验表明，适宜的pH值范围是8―12；着色液浓度的变化，对着色效果产生较大影响，着色液浓度越大，铝粉表面颜色越深，但当浓度接近某一数值并继续增加时，铝粉表面的颜色不再发生明显的变化。

3.表面沉积法制备彩色铝粉

利用溶胶―凝胶法在片状铝粉粒子表面包覆了一层惰性的二氧化硅膜，以制备水性涂料的铝粉颜料。通过液相沉积法在经二氧化硅包覆后的铝粉粒子表面再包覆一层氧化铁膜，使铝粉着色，得到了环保型彩色铝粉［8］。利用正硅酸乙酯水解缩聚成膜的溶胶――凝胶法在片状铝粉粒子表面包覆一层惰性的二氧化硅膜，使铝粉表面由疏水性变为亲水性，同时铝粉表面不会与水发生反应。

正硅酸乙酯的水解――缩聚反应过程可以分成三步：第一步是正硅酸乙酯水解形成硅酸和相应的醇；第二步是硅酸之间或正硅酸乙酯之间发生缩合反应，形成胶体状态的混合物；第三步是形成的低聚物继续聚合形成硅三维网格结构。

在催化剂作用下，正硅酸乙酯发生水解――缩聚反应，生成水合氧化硅沉淀，沉积在片状铝粉粒子表面，脱水形成二氧化硅。

利用液相沉积法包覆氧化铁膜，使氧化铁水解生成氢氧化铁沉淀，沉积在基体表面，再经过焙烧得到氧化铁膜，其反应原理如下：

FeCl+3HO=Fe（OH）+3HCl

2Fe（OH）=FeO+3HO

其制备过程为：称取一定量的片状铝粉分散在一定体积的异丙醇中，经过超声分散后倒入三口烧瓶中，置于40°C恒温水浴槽中搅拌，量取一定量的正硅酸乙酯加入到烧瓶中，再分别量取相应量的氨水和蒸馏水，混合均匀，装入滴液漏斗中，与三口烧瓶相连，调节滴液漏斗的滴速大约为1滴/秒，持续搅拌，控制正硅酸乙酯的浓度为0.05mol/L―0.1mol/L，水硅比R为16，催化剂氨水的浓度为0.02mol/L―0.2mol/L，反应结束后离心洗涤，干燥得到二氧化硅包覆的片状铝粉。

称取一定量经二氧化硅包覆改性过的片状铝粉粒子，分散在一定体积的蒸馏水中，经过超声分散后倒入三口烧瓶中，置于80°C恒温水浴槽中搅拌，称取一定量无水三氯化铁，溶于蒸馏水中，装入滴液漏斗中，与三口烧瓶相连；量取一定体积的氨水，倒入另一个滴液中，与三口烧瓶相连，调节两个滴液漏斗的滴速大约为1滴/秒，持续搅拌，反应结束后将样品离心，洗涤两次，放入烘箱中于100°C下烘干，再放入马福炉于500°C下煅烧2h，即可得到彩色铝粉。

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影响铝粉着色效果的因素很多，主要包括温度、pH值、催化剂等。反应温度是影响正硅酸乙酯水解的重要因素［８］，它将直接影响片状铝粉包膜的效果，反应温度较低时，正硅酸乙酯水解的速率较慢，生成的水合二氧化硅有足够的时间有序地沉积在片状铝粉粒子表面。经烘干除去水后，水合氧化硅合成了一层致密的膜，当反应温度升高到50°C时，正硅酸乙酯的水解速度加快，水解生成的水合氧化硅由于量多而来不及有序地沉积在铝粉粒子的表面，因此生成了絮状的氧化硅，实验证明：反应温度为40°C比较合适。

氯化铁水解反应是吸热反应，加热能促进Fe水解，有利于片状粒子表面包覆氢氧化铁，但当温度过高时，铁离子的水解速度过快，生成的氢氧化铁过多，来不及沉积在片状粒子的表面，从而导致粒子表面不能形成均匀的膜，且生成的游离氢氧化铁较多。实验证明，反应温度控制在80°C。正硅酸乙酯很容易水解，既可以被酸催化，又可以被碱催化，但催化剂的选择将直接影响正硅酸乙酯水解反应的机理及其产物结构，并且凝胶化时间也不同。实验证明，以碱作催化剂有利于氧化硅膜的均匀性和致密性，同时，由于实验是在铝粉粒子表面包覆二氧化硅膜，酸和铝粉较容易发生反应。因此，本实验中选取氨水作为催化剂。pH值对氯化铁的水解有较大的影响，pH值过低对Fe水解有抑制作用，使水解不完全或粒子细小不能沉积在片状粒子表面，pH值过高则反应速率加快，生成的氢氧化铁粒子粗糙且游离的氢氧化铁增多，因此pH值控制在3.0―3.2范围内。

3.结语

彩色铝粉是应用最为广泛的金属颜料之一，它具有诸多的优良性能。为了提高彩色铝粉的性能，拓展彩色铝粉颜料的品种，本文分别介绍了阳极氧化法、化学氧化法、表面沉积法制备彩色铝粉的原理及影响因素，为研究彩色铝粉的现状奠定了基础。

参考文献：

［1］周毅.金黄色铝粉的制法［J］.涂料工业，1991，（6）：18-19.

［2］周毅，贾延刚.铝粉化学着色初探［J］.阴山学刊，自然科学版，1995，（13）：30-32.

［3］李庚文.彩色铝粉及其应用［J］.涂料工业，1985，（4）：38-39.

［4］用铝粉制彩色颜料［J］.中小企业科技，1995，（3）：24-26.

［5］付义平，李凤生，付延明等.闪光铝粉颜料的制备研究［J］.轻合金加工，2005，（33）：33-35.

［6］付义平，李凤生.铝粉颜料的制备及其改性研究［J］.硕士论文，南京理工学，2005-9-12：29-48.

［7］S.John and B.A shenoi，colouring of alaminium power［J］. Finishing Industries，1978：48-50.

［8］.同［6］.

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