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片状铝颜料是使用最多的金属效应颜料之一,由于其具有明亮的金属光泽和“随角异色”效应,被广泛地应用于溶剂型涂料和油墨中。随着传统的溶剂型涂料和油墨逐渐被环保无毒的水性涂料和水性油墨所代替,铝颜料的水性化势在必行。但是铝粉颜料应用于水性介质时存在两大问题：第一,铝粉与水反应放出氢气,不仅严重削弱铝粉的金属光泽,还给生产和贮存带来不安全因素。第二,铝颜料在水性介质中的相容性和分散性差,在实际使用过程中导致涂膜凹凸不平、光泽度降低、铝粉脱落等现象。因此,对铝粉颜料进行表面处理使其适用于水性介质是非常必要的。至今,国内外对铝颜料改性的研究主要集中在无机、有机杂化包覆：通过引入接枝聚合物的方法来改善铝颜料在水性介质中的相容性,即先包覆含有双键的偶联剂,然后与第二种单体进行原位聚合。但是这种方法存在聚合单体竞聚的问题,表面接枝可能受到限制。本文利用"grafting from"的接枝手段,将后续易控的热引发剂以化学键锚固在颗粒表面,确保在铝颜料表面“长出”高接枝密度的聚合物刷。首先利用溶胶凝胶法制备表面包覆有二氧化硅的铝颜料(SiO2@AI),随后在SiO2@AI的表面通过"grafting from"的手段引入三类聚合物刷,得到新型水性铝颜料。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、元素分析(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、凝胶渗透色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)、透射电镜[TEM)对其组成和结构进行了表征,通过耐腐蚀性、比表面积(BET)、热重(TG)、zeta电位和粒径分布的测试,并对其性能进行了研究。具体结果如下：1.SiO2@AI的合成及其结构和性能以四乙氧基硅烷(TEOS)为前驱物,三乙胺(Et3N)为催化剂,乙醇为溶剂在铝颜料表面形成二氧化硅包覆层。研究表明：在包覆过程中,TEOS的水解产物不仅相互之间反应形成Si-O-Si键,而且与铝粉表面羟基反应形成Si-O-AI键。TEOS和水的用量、催化剂的浓度、反应时间等因素直接影响包覆性能,进而决定SiO2@Al在水性介质中耐腐蚀性和分散性的优劣。正交实验和单因素实验结果表明最优包覆条件为：铝颜料2.0 g,铝和硅的摩尔比为5.2,TEOS和水的摩尔比为1：30,催化剂的浓度为0.13mol/L,乙醇100 mL,温度45℃,反应时间9h。在此条件下得到的SiO2@Al在pH=12的氢氧化钠溶液中防腐蚀率为97%,BET比表面积为63.6 m2/g,总的孔洞体积为0.09 m3/g3,平均孔径5.4 nm,表面比较致密,但其在水性介质中易团聚,导致光泽度明显的降低,且其在水介质中的团聚现象随着表面二氧化硅包覆量的增加而变得更明显。2.三类聚合物刷改性铝颜料的合成与结构表征基于分散性的要求,在SiO2@Al的基础上设计并制备了弱聚电解质刷(PAA)、强聚电解质刷(PSS)和非聚电解质刷(PVP)三种接枝改性铝颜料,分别为PAA接枝的铝颜料(PAA-SiO2@Al)、PSS接枝的铝颜料(PSS-SiO2@Al)PVP接枝的铝颜料(PVP-SiO2@Al),其刷链的数均分子量依次为10768-22908、7921-20318、10957-31228；刷链的接枝密度分别为0.13-0.14 chains/nm2、0.09-0.11 chains/nm2、0.16-0.17 chains/nm2。比表面积测试表明：接枝聚合物刷后,比表面积分别减少到57.9m2/g、43.7 m2/g、54.6 m2/g;总的孔体积分别减小到0.06 m3/g、0.07m3/g、0.08 m3/g,颗粒表面更加致密。3.三类聚合物刷改性铝颜料的耐腐蚀性及分散性PAA-SiO2@Al、PSS-SiO2@Al、PVP-SiO2@Al在pH=12的氢氧化钠溶液中的耐腐蚀率分别能达到100%、100%和97.5%。马尔文粒径分布结果表明：接枝一定分子量的PAA、PSS、PVP后,SiO2@Al的d(0.5)从24.6 μm分别降低到14.0 μm、11.6 μm、14.7μm。三种聚合物刷改性铝颜料在水性介质中的分散性能得到改善,且聚合物刷的分子量越大,颗粒分散性能越好。研究发现：非聚电解质PVP对环境pH值不敏感,zeta电位绝对值比较小(<13 mv),主要通过空间位阻斥力提高铝颜料颗粒的分散性；强聚电解质PSS对环境pH值同样不敏感,但其表面带有比较多的电荷(-46 mv),且随着其分子量的增加而增加,其对铝颜料分散性能的改善源于静电排斥力和空间位阻斥力的协同作用；弱聚电解质PAA,其表面zeta电位易受到环境pH值的影响,只有在强碱性环境下才有明显的电荷作用。显微镜直接观察也证实了聚合物刷对SiO2@Al的分散有明显的改善效果。4.水性银墨及性能研究以SiO2@Al、PAA-SiO2@Al、PVP-SiO2@Al和PSS-SiO2@Al作为水性油墨中的颜料组分形成水基银墨产品。结果表明：SiO2@Al在水性银墨中分散性不好,易团聚,涂膜不够光滑平整,涂膜光泽度随着粘度和干燥温度的不同在19.8-58.2 Gs范围内变化,而接枝有聚合物刷的改性铝颜料在水性银墨中能比较好地分散和定向,在优化条件下配置得到PAA-SiO2@Al涂膜光泽度达到82 Gs,附着力为0级,硬度达到3H,平整度高,耐腐蚀性能好；PSS-SiO2@Al涂膜光泽度达到87.8 Gs,附着力1级,硬度3H,平整度高,耐腐蚀性能好。PVP-SiO2@Al涂膜光泽度达到95.4 Gs,附着力0级,硬度3H,平整度高,耐腐蚀性能好。前述产品和国际进口产品相比,除了在涂膜硬度方面稍逊,其主要技术指标和国外产品基本持平。