一种水性基体高相容、耐腐蚀彩色铝颜料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩色铝颜料的制备方法，具体涉及一种水性基体高相容、耐腐蚀彩色铝颜料的制备方法。

背景技术

在众多金属颜料中，铝颜料因其特殊的金属光泽和优异的随角异色性、遮盖性、屏蔽性等性能被广泛应用于油墨、涂料、塑料等行业。然而铝粉因其活泼的化学性质很容易受到腐蚀而失去表面色泽，产生的气体也很容易引发安全事故，这在很大程度上限制了它的进一步应用。不仅如此，铝颜料单一的银白色调在日常生活中也难以满足人们的审美需求，于是研究者们开始在改性基础上对铝颜料进行着色以期得到性能优异的彩色铝颜料。

目前铝颜料着色主要分为三类：一是在铝颜料表面液相沉积，通过煅烧氢氧化物脱水后生成稳定的带色金属氧化物包覆在铝颜料表面，如氧化铁、氧化钴和氧化铜等，该方法可以获得彩色的铝颜料，但存在着色彩不鲜艳、颜色种类少等缺点，且难以获得良好的耐腐蚀性能。二是通过二氧化硅包覆法，其原理是将正硅酸乙酯的水解、或功能化的硅烷偶联剂与正硅酸乙酯协同水解，在铝颜料表面形成一层致密SiO

因此，探索一种能同时具有高耐腐蚀性和水性基体高相容性的彩色铝颜料的制备方法具有重要意义。

发明内容

基于上述现有技术所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种新型彩色铝颜料的制备方法，旨在同时提高彩色铝颜料的耐腐蚀性和与水性基体的相容性。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

一种水性基体高相容、耐腐蚀彩色铝颜料的制备方法，其特点在于：在碱性环境下，通过天然多酚和功能化硅烷偶联剂在铝颜料表面形成有机/无机包覆层，随后利用该包覆层的二次反应活性，加入有机染料进行化学接枝，进而对改性铝颜料进行着色，即获得彩色铝颜料。具体包括如下步骤：

步骤1、在铝颜料中加入丙酮和乙醇，超声分散45min后进行抽滤、洗涤，放置于真空干燥箱干燥24h后，获得预处理铝颜料；

步骤2、称取步骤1的预处理铝颜料加入到含无水乙醇的缓冲溶液中，在磁力搅拌下先后加入天然多酚和功能化硅烷偶联剂，反应10h后对溶液进行抽滤、洗涤，获得改性铝颜料滤饼；

步骤3、将所述改性铝颜料滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇和缓冲溶液后进行磁力搅拌，随后加入有机染料，反应4h后对溶液进行抽滤、洗涤、干燥，即获得彩色铝颜料。

作为优选，步骤1中，铝颜料、丙酮和乙醇的用量比为3-6g：20-30mL：100-200mL。

作为优选；步骤2中，预处理铝颜料、无水乙醇与缓冲溶液的用量比为0.5-1g：100-200mL：100-200mL；步骤2中预处理铝颜料与步骤3中无水乙醇、缓冲溶液的用量比为0.5-1g：100-200mL：100-200mL。

作为优选，步骤2中预处理铝颜料、天然多酚、功能化硅烷偶联剂与步骤3中有机染料的质量比为1：1：1：0.5-1。

作为优选，步骤2与步骤3中所述缓冲溶液为浓度0.01-0.1M、pH为7-9的Tris-HCl缓冲溶液。

作为优选，所述天然多酚为单宁酸(TA)、没食子酸(GA)、表儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表没食子儿茶素(ECG)和表儿茶素(EC)中的一种，最优选为单宁酸。

作为优选，所述功能化硅烷偶联剂为单氨基、双胺基、三胺基或多胺基硅烷偶联剂，最优选3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)。

作为优选，所述有机染料为巯基或胺基化的有机染料，如分散橙11、硫化艳绿GB，优选分散橙11。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明在碱性的铝颜料溶液中加入天然多酚和功能化硅烷偶联剂，一方面硅烷偶联剂脱水缩合形成致密的无机SiO

附图说明

图1为未改性铝颜料(a)与实施例1中制备得到的改性铝颜料(b)和彩色铝颜料(c)的XPS比较图。

图2为未改性铝颜料(a)与实施例1制备得到的改性铝颜料(b)和彩色铝颜料(c)的SEM比较图。

图3为未改性铝颜料和实施例1制备得到的改性铝颜料以及彩色铝颜料的耐腐蚀测试比较图，其中a为酸性环境(pH＝1)下的析氢图、b为碱性环境(pH＝12)下的析氢图。

图4为未改性铝颜料(a)与实施例1中制备得到的改性铝颜料(b)和彩色铝颜料(c)的涂膜接触角测试比较图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下述实施例中，铝粉的耐腐蚀性能测试方法：称取0.1g铝粉放置在50mL的0.1mol/L HCl和0.01mol/L的NaOH溶液中，用排水集气法收集48小时内释放的氢气，以氢气体积判断铝粉耐腐蚀能力。

实施例1

本实施例按如下步骤制备彩色铝颜料：

步骤1、预处理铝颜料的制备

称取3g铝颜料置于250mL烧杯中，随后加入20mL丙酮与100mL乙醇，超声分散45分钟后将溶液抽滤、洗涤，放入真空干燥箱中干燥24h，获得预处理铝颜料备用。

步骤2、改性铝颜料的制备

称取0.5g步骤1得到的预处理铝颜料，向其中加入100mL的乙醇和100mL的缓冲溶液(Tris-HCl,pH＝8.5,0.01M)并放置在搅拌台上搅拌一段时间，接着先后加入0.5g的TA和0.5g的APTES，反应10h后对溶液进行抽滤、洗涤，即得到改性铝颜料滤饼(APTES/TA@Al)。

步骤3、彩色铝颜料的制备

将改性铝颜料滤饼放入烧杯中，向其中加入100mL的乙醇和100mL的缓冲溶液(Tris-HCl,pH＝8.5,0.01M)并放置在搅拌台上搅拌一段时间，随后加入0.5g的分散橙11染料，反应4h后对溶液进行抽滤、洗涤，放入真空干燥箱中24h，即得到彩色铝颜料(Dye/APTES/TA@Al)。

表1

表1为未改性铝颜料原料与本实施例中制备得到的彩色铝颜料的色差测试结果，其中a*值表示的是样品的颜色由红色到绿色的范围(其中正值表示的是红方向，负值表示的是绿方向)，b*值表示样品的颜色由黄色到蓝色的范围(其中正值表示的是黄方向，负值表示的是蓝方向)，C*值表示的是样品的色彩饱和度。从表中可以看到经过分散橙11染料的二次包覆过后，其色差中的a*、b*与C*值均有明显增加，这表明染料已经成功对铝颜料进行着色，使得铝颜料的色彩饱和度增加，颜色相较于为着色前也更加的鲜艳。

图1为未改性铝颜料原料(a)与本实施例中制备得到的改性铝颜料(b)以及彩色铝颜料(c)的XPS比较图。从a图中可以看到未改性铝颜料表面主要含有Al、C、O三种元素，b图中显示改性铝颜料的XPS谱图中出现了Si 2p与N1s两个新峰，它们分别来自于APTES与TA，而且Al 2p的峰强度明显减弱，C 1s的峰强度有所增加，这些均表明TA与APTES已经成功的在铝颜料表面形成包覆层。由(c)图也可以看到，经过分散橙11染料的二次包覆后，C 1s的峰强度进一步增加，Al 2p和Si 2p的峰强略有下降。

图2为未改性铝颜料原料(a)与本实施例中制备得到的改性铝颜料(b)以及着色铝颜料(c)的SEM比较图。a图中未改性铝颜料呈片状结构，表面十分光滑平整；由b图可以看到经过TA与APTES包覆改性过后，铝颜料表面已经出现了许多团聚的小颗粒；c图中由于分散橙11的加入，进一步与包覆层中的TA发生迈克尔加成或席夫碱反应，使得颗粒团聚现象更加严重，这也表明分散橙11染料已经成功实现了对铝颜料的二次包覆。

图3为未改性铝颜料原料与本实施例中制备得到的改性铝颜料以及着色铝颜料分别在酸性(a)和碱性(b)环境中的析氢测试结果图。由a图可以看到：在前12h内未改性铝颜料总共析出90mL的氢气且保持着较快的析氢速率，随后析氢速度开始减慢并在20h后基本不析出氢气，在48小时内总共析出氢气102mL；经过TA与APTES包覆改性过后，改性铝颜料的氢气析出量明显减少，在前12小时内析出21mL氢气，在48小时内总共析出氢气24mL；而经过分散橙11染料的二次包覆后，彩色铝颜料在前12小时内仅析出氢气13mL，在48h内共析出氢气15mL。由b图可以看到：未改性铝颜料在48h内一直在释放氢气，总共析出氢气86mL；经过TA与APTES包覆改性过后，改性铝颜料在16h内氢气析出12mL，随后析氢速率减慢，在48h内仅析出氢气13mL；随后经过分散橙11染料的二次包覆后，制备的彩色铝颜料在16h内析出氢气11mL，48小时内析出氢气12mL，氢气析出量进一步减少。因此可以得出结论：无论是在强酸环境中还是在强碱环境中，改性铝颜料的氢气析出量较未改性铝颜料都有明显减少，表明铝颜料经过TA与APTES包覆改性过后，其耐腐蚀性能明显提高，而且彩色铝颜料的析氢曲线表明经过分散橙11染料的二次包覆后，彩色铝颜料的耐腐蚀性能进一步提高。

图4为未改性铝颜料原料(a)与本实施例中制备得到的改性铝颜料(b)以及着色铝颜料(c)分别与水性丙烯酸树脂按照质量比为1：100混合后制得的涂膜接触角测试图。从图a上可以看到，未改性铝颜料制成的涂膜接触角为73.9°；b图中显示改性铝颜料的涂膜接触角已经由原来的73.9°下降到61.8°，这是由于TA的结构中含有大量具有亲水性的邻苯二酚、邻苯三酚基团，这也侧面证实了TA-APTES层已经成功的包覆在铝颜料表面；在c图中，经过分散橙11染料的二次包覆过后，彩色铝颜料的涂料涂膜接触角为66.3°。由a、b、c三图的接触角对比可以发现，TA与APTES的包覆改性以及分散橙11染料的着色可以提高铝颜料的亲水性能，改善铝颜料与水性丙烯酸涂料的相容性。

实施例2

本实施例按如下步骤制备彩色铝颜料：

步骤1、预处理颜料的制备

称取3g铝颜料置于250mL烧杯中，随后加入20mL丙酮与100mL乙醇，超声分散45分钟后将溶液抽滤、洗涤，放入真空干燥箱中干燥24h，获得预处理铝颜料备用。

步骤2、改性铝颜料的制备

称取0.5g步骤1得到的预处理铝颜料，向其中加入100mL的乙醇和100mL的缓冲溶液(Tris-HCl,pH＝8.5,0.01M)并放置在搅拌台上搅拌一段时间，接着先后加入0.5g的TA和0.5g的APTES，反应10h后对溶液进行抽滤、洗涤，即得到改性铝颜料滤饼。

步骤3、彩色铝颜料的制备

将改性铝颜料滤饼放入烧杯中，向其中加入100mL的乙醇和100mL的缓冲溶液(Tris-HCl,pH＝8.5,0.01M)并放置在搅拌台上搅拌一段时间，随后加入0.5g的硫化艳绿GB反应2h后，对溶液进行抽滤、洗涤，放入真空干燥箱中24h，即得到彩色铝颜料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。