铝颜料的不同处理工艺及应用概述

谷圣军，董前年，周 辉，操玉节，刘云龙，王蓓蓓，赵楠楠，朱双单

（1.合肥旭阳铝颜料有限公司，安徽合肥231131；2.安徽天易金属新材料有限公司，安徽六安237200）

铝颜料又称铝粉颜料，它具有平滑且极薄的鳞片状结构，是应用最多的金属效应颜料之一。由于铝片表面光滑平整，粒度分布集中，形状规则，因此，具有优异的光反射能力和金属光泽。当加入涂料中，通过一定的施工方式，形成的膜层具有明显的“随角异色”效应，装饰效果华丽美观。同时铝颜料属于金属无机物，耐温性、强度、电化学性能等都很优异。因此，近年来在塑料加工、工业防腐、建筑涂料、3C 产品、印刷油墨、汽车制造等行业有着广泛应用。

随着人们生活水平的不断提高，审美观和环保要求也越来越高，传统的油溶性铝颜料外观、加工工艺以及用途已经不能满足市场需求，终将向外观更好、环保性能更高、用途多样化的铝颜料发展。更高要求的铝颜料与传统的研磨后直接使用的铝颜料相比有着不同的要求，例如制作工艺、设备优化、表面改性技术的创新以及根据不同的用途制作成不同的外观等等。

由于铝的化学性质活泼，易与酸、碱、水以及腐蚀性介质发生反应，这不仅容易腐蚀片状铝粒子表面，影响铝颜料的表面装饰效果和稳定性，限制铝颜料的使用范围，甚至还会带来安全隐患和事故，给生产和使用带来很多不安全因素。因此随着铝颜料用途和性能要求的增加，铝颜料新的加工工艺和表面处理技术已成为研究热点，并已取得一定的成果。本文重点介绍了铝颜料的不同外观呈现形式、表面处理方法、不同加工工艺以及不同的应用。

1 铝颜料的加工工艺

目前铝颜料的基础片状结构的加工工艺有球磨机干磨法、球磨机湿磨法、真空镀铝法。球磨机干磨法就是在球磨机中加入研磨介质、原材料微米级球形铝粉、助剂，在惰性气体的保护下研磨成微米级片状铝粒子；球磨机湿磨法就是在球磨机中加入研磨介质、溶剂油、原材料微米级球形铝粉、助剂，然后研磨成微米级片状铝粒子；真空镀铝法就是先利用物理气相沉积法（PVD），在高真空环境下利用高温使铝丝蒸发成铝蒸汽，然后铝蒸汽沉积在载体上形成纳米级厚度的铝薄膜，再把纳米级铝薄膜收集起来，经破碎得到纳米级片状铝粒子。

1.1 干法球磨工艺

铝颜料最原始的加工工艺是捣冲法，把铝碎屑放在捣冲机的凹槽内，捣杵连续冲打凹槽内的铝屑，具有延展性的铝在冲击下逐渐变成薄片并且破碎，然后进行筛选得到产品。捣冲法的生产效率非常低，产品质量不易掌握，且生产过程中粉尘多，容易爆炸、起火，该方法已被淘汰。十九世纪末，干法球磨被发明，在球磨机内放入钢球、铝屑和润滑剂，利用球磨机转动时钢球的相互摩擦和冲击将碎铝屑研磨成鳞片状铝片，研磨过程用惰性气体保护，该方法一直沿用至今，且不断改进和完善。随着生产需求量越来越大，连续干法球磨被发明，球磨机的出口处直接连接着旋风分离设备，整个系统采用微正压氮气保护，可以实现连续加料和连续出料，产能和效率以及安全性大大提高。干磨法生产的微米级片状铝粒子，铝片表面平整性不是很好，粒径分布不集中，但是产品是粉状，不含溶剂，且产量大。此类产品目前被广泛应用于粉末涂料、塑料加工业、发气砖等行业。

1.2 湿法球磨工艺

干法球磨工艺由于产品成粉状，片状铝粒子表面的包覆物质少，且在生产系统中处于悬浮状态，存在一定的安全隐患，加上产品的品质不易控制，因此，在干法球磨的基础上出现了湿法球磨工艺。湿法球磨工艺即在球磨机中加入铝粉、研磨助剂、研磨介质、高闪点溶剂油，在球磨机的转动下微米级球形铝粉被研磨介质挤压成微米级片状铝粒子。整个加工过程都在高闪点溶剂油的保护下进行，安全系数很高。由于溶剂油和研磨助剂的清洗、润滑、包覆等作用，生产出的微米级铝粒子粒径均匀，铝片表面平整度高，因此，能够展现出优异的“随角异色”效果，此类产品被广泛应用于汽车制造、工业防腐、塑料加工、印刷油墨等行业。

1.3 真空镀铝工艺

随着人们审美观的不断提高以及消费水平的提升，对事物的追求不止注重品质，同时对外观也提出了更高的要求。市场需要更白、更亮、遮盖力更好的铝颜料，这就需要铝颜料的铝片厚度更薄，表面更平整。传统研磨法生产的铝片厚度很难小于100 nm 以下，铝片的平整性也很难保证，采用真空镀铝工艺就能完美地解决这些问题。真空镀铝工艺即是在高真空状态下，将铝金属加热熔融至蒸发，蒸发的铝蒸汽凝结沉积在涂有隔离层的PET膜表面上，形成纳米级铝薄膜层。然后采用溶剂溶解隔离层使铝膜剥离下来，剥离下来的铝膜经破碎、筛分制成真空镀铝悬浮液即“电镀银”铝颜料。电镀银的厚度一般在10～50 nm，表面非常平整，在漆膜中能展现出如镜子一般的光亮效果，非常华丽美观，此类产品被广泛应用于汽车内饰、汽车轮毂、彩晶玻璃、装饰品、化妆品等高端行业。

2 铝颜料的表面处理方法与产品应用

根据表面处理和使用环境不同，铝颜料的外观呈现形式分为膏状、粉状、条状和沙状等。膏状铝颜料就是铝颜料和溶剂或助剂混合在一起而成的浓缩浆状铝颜料；粉状铝颜料就是铝颜料中没有任何溶剂、像面粉一样的铝颜料；沙状和条状都是采用一些固体载体包覆处理成型的铝颜料。下面重点阐述铝颜料常见的表面处理方法。

2.1 硬脂酸包覆处理方法

在铝颜料研磨的过程中加入硬脂酸，不但能有效去除铝粉表面的氧化铝，还能显著提高铝颜料在涂料中的白亮度。硬脂酸的弱酸性能够和氧化铝反应，有效去除铝粉表面坚硬的氧化铝层，提高研磨效率，同时硬脂酸中的羧基会与铝片表面羟基形成化学键合，形成硬脂酸包覆层，有效阻隔水汽对铝粒子的腐蚀。另外，由于片状铝粒子表面包覆有低表面张力的硬脂酸，无论在有机溶剂涂料中还是在粉末涂料中它都会浮在涂层的表面，形成连续重叠的金属铝膜层。这种金属铝膜层对光的反射很强烈，表现出非常闪亮的装饰效果，同时这种致

密的铝膜层能够有效地隔断漆膜中的毛细孔，阻止腐蚀介质渗透到漆膜内层，因此，起到保护基材的作用。

2.2 二氧化硅（SiO2）包覆处理方法与产品应用

SiO包覆处理即通过正硅酸乙酯（TEOS）为原料,通过溶胶/ 凝胶法在片状铝粒子表面形成均匀的二氧化硅包覆层的铝颜料，该包覆层在常温下性能稳定, 能赋予铝颜料良好的防腐性。其包覆原理是正硅酸乙酯在碱性条件下水解，形成的Si-OH结构与片状铝粒子表面的-OH 反应脱水形成Si-O-Si 结构。此类产品被广泛应用于水性涂料、粉末涂料中，不但能够有很好的储存稳定性，减少片状铝粒子被腐蚀产生氢气的风险，还能够提高漆膜的整体耐温性能和抗老化性能。

2.3 丙烯酸树脂包覆处理方法与产品应用

由于SiO包覆层不耐强碱的腐蚀，在卷材、3C等行业需要耐强腐蚀或手汗、酸雨时就受到了很大的限制，因此，丙烯酸树脂包覆处理的铝颜料应运而生。其包覆方法是将片状铝粒子分散于有机溶剂中，加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、交联剂、引发剂等丙烯酸类单体，在一定条件下原位聚合反应，在片状铝粒子表面形成一层致密的丙烯酸树脂保护层，因此，赋予铝颜料优异的耐酸碱性能。此类产品有极强的抗酸碱性能，与涂料体系有优异的分散相容性，能提高颜料的附着力，被广泛应用于卷材、3C、油墨印刷等高要求行业。

2.4 有机-无机双层包覆处理方法与产品应用

随着粉末涂料行业的快速发展，使用范围越来越大，尤其户外粉末涂料的发展，对铝颜料的性能要求也越来越高，主要表现在耐强酸强碱、耐砂浆、耐老化、耐高温等性能方面。单一的SiO或丙烯酸树脂包覆都有着各自的缺陷，很难满足户外粉末涂料的高要求，进而开发出有机-无机双层包覆的铝颜料，既克服了单一SiO的不耐强碱问题，又规避了单一丙烯酸树脂不耐高温、不耐老化的缺陷，此类产品被广泛应用于粉末涂料高要求行业。

2.5 高分子蜡树脂包覆处理方法与产品应用

近年来塑料“免喷涂”工艺快速发展，铝颜料在塑料加工中的应用也越来越广，对铝颜料也提出了新的要求。所谓免喷涂就是在塑胶原料（PP、ABS、AS、PC 等）中通过熔融共混的方式加入呈现不同色泽效果的金属粉、珠光粉、陶瓷粉、高光色粉等，通过配套特殊相容技术改性，直接注塑成型即可实现各种珠光、炫彩或金属的外观效果，无需再工艺喷漆。前期免喷涂塑料中使用的铝颜料多为膏状或粉状，由于塑料粒子大多是颗粒状，很难与铝颜料混合均匀，在注塑成型后经常会出现片状铝粒子分散不均，或者有机溶剂残留气味大等弊端。随着专门针对塑料免喷涂工艺开发的条状（或沙状）铝颜料研制，较好地解决了上述问题。条状（或沙状）铝颜料具体的制备工艺是将膏状铝颜料、抗氧化剂、分散剂、高分子蜡树脂等组分混合均匀，然后在螺杆挤出机中熔融共混挤出成条状（或沙状），最后通过真空干燥去除溶剂，得到直径为1～3 mm，长为1～3 cm 的高固体份条状（沙状）铝颜料。此类产品由于其几乎不含有机溶剂，无气味；和塑料粒子结构相似，易于混合分散，因此，在塑料免喷涂工艺中被迅速广泛应用。

2.6 片状铝粒子表面刻蚀处理方法与产品应用

铝颜料一直以来呈现的都是其特有的银色金属效果，随着真空镀铝技术和表面刻蚀技术的发展，人们已经不满足于单纯的银色效果，于是将真空镀铝技术和表面刻蚀技术结合起来，研制具有彩虹般多彩效果铝颜料。其原理是利用光栅的分光原理将反射出铝片表面的光线进行色散，类似于雨后彩虹形成原理。其制备工艺是将真空镀铝后的镀铝膜，在特定的压力和温度下再经过模压工艺，利用模压板在铝膜表面刻蚀纳米级的光栅条纹，然后采用溶剂溶解隔离层，使刻蚀后的铝膜剥离下来，剥离下来的铝膜经破碎、筛分制成幻彩铝颜料。此类铝颜料由于工艺复杂，生产效率低，所以价格昂贵。此类产品多用在彩晶玻璃、化妆品、汽车装饰等高端行业。

3 铝颜料处理工艺方法与应用展望

目前铝颜料的加工工艺多为球磨机研磨法为主，比较粗犷，没有真正体现出片状铝粒子原有的金属效果和白亮度；真空镀铝工艺成本过高且效率低，目前没有大面积推广开。由于铝是两性物质，很容易被腐蚀产生氢气，影响铝颜料的使用和安全性，目前都是通过包覆工艺技术来解决，但会降低片状铝粒子表面的平整度以及原有的金属效果。铝颜料处理工艺方法与应用展望如下：

（1）开发出新型的研磨设备或工艺技术，提高研磨精度。

（2）通过技术改进和优化生产工艺流程，降低真空镀铝工艺方法的生产成本。

（3）利用合金技术或者在生产球形铝粉时就添加特殊功能助剂，保护铝颜料在加工以及产品应用过程中不被腐蚀，最大程度体现原有金属色。

（4）与其他材料复合，扩大铝颜料的使用范围和新的功能，例如铝颜料与磁性材料复合，使铝颜料具有磁性，可以应用于涂料中，在涂层未干前利用磁场效应，形成特定图案和立体感效果。