金屬顏料是顏料中的一個特殊種類,其曆史悠久。隨著現代工業的發展,對金屬粉的需求量越來越大,種類也隨之增加。常見的金屬粉有鋁粉、鋅粉、鉛粉,合金形式的金屬粉有銅鋅粉(俗稱金粉)、鋅鋁粉、不鏽鋼粉等。
與其他顏料相比較,金屬顏料有它的特殊性。由於粉末狀的金屬顏料以金屬或合金組成,有明亮的金屬光澤和顏色,因此許多金屬顏料用於裝飾性顏料,如銅鋅粉、鋁粉等。
大多數金屬顏料都是鱗片狀粉末,它調入成膜物而且塗裝成膜時,像落葉鋪地一樣與被塗物表麵平行,互相搭接,互相遮掩,多層排列,形成屏障,金屬鱗片阻斷了成膜物的微細孔,產生“迷宮效應”阻止外界有害氣體或液體在塗膜中的滲透,保護了塗膜及被塗裝物品,提高了塗層物理屏蔽的防腐蝕能力;金屬粉能反射日光中紫外線的60%以上,故又能防止塗膜因紫外線照射老化,有利於延長塗膜的壽命;同時其反射光能起到閃光、裝飾功能。
金屬顏料是極微細的粉末,多屬鱗片狀,但也有球形、水滴形、樹枝形的,都與其製造方法有關。金屬粉末須經過表麵處理才具有顏料特性,如分散性、遮蓋力等,不同的表麵處理可使金屬顏料表麵呈親油性或親水性,以適應不同塗料的要求。
大多數金屬顏料通過物理加工方式進行生產,使純金屬或合金成為特定的粉末,如從固態、液態及氣態金屬轉化為粉末。
①由金屬的氣相狀態轉化為粉末,如升華法製取鋅粉、超細鋁粉。
②由金屬的液相狀態轉化為粉末,如氣動霧化法製取鋁粉、鋅粉及銅鋅粉。
③由金屬的固相狀態轉化為粉末,如切削法、球磨法製造鎂粉、鋁粉、鋅粉、不鏽鋼粉及鐵粉。
選用不同的粉末製造方法要根據被加工的金屬的物理特性,如熔點、氣化溫度、硬度和延展性,還要按照產品粉末的構造特征,如顆粒度、形狀等,從經濟合理的角度出發,選取加工成本和耗能最低的方法。加工方法的選擇還要注重它的安全性,多數金屬粉有良好的還原性,急劇氧化會放出大量的熱並產生高溫,容易發生爆炸危險。金屬粉末,尤其是重金屬粉末對人的健康有危害,所以在選擇加工方式上保證安全是一條重要原則。
對於各種純金屬及合金金屬選取不同的加工方式見下表。
金屬粉末顏料使用量最大的是鋁粉(包括鋁粉漿)、銅鋅粉及鋅粉,這幾種金屬粉末的生產工藝和步驟很近似,下表以鋁粉漿生產工藝為典型介紹。
(1)鋁粉及鋁粉漿
①鋁粉
又稱鋁銀粉,化學式Al,分子量27,相對密度2.55,熔點685℃。鋁粉由於用途廣、需求量大、品種多,是金屬顏料中的一大類。顏料用的鋁粉粒子是鱗片狀的,也正是由於這種鱗片狀的粒子狀態,鋁粉才具有金屬色澤和屏蔽功能。鋁粉的特性表現如下。
a.鱗片遮蓋
鋁粉位子呈鱗片狀,其片徑與厚度的比例大約為(40:1)-(100:1),鋁粉分散到載體後具有與底材平行的特點,眾多鋁粉互相連接,大小粒子相互填補形成連續的金屬膜,遮蓋了底材,又反射塗膜外的光線,這就是鋁粉特有的遮蓋力,其大小取決於表麵積的大小,即徑厚比。
b.屏蔽特性
分散在載體內的鋁粉發生漂浮運動,其運動的結果總是使自身與被載體塗裝的底材表麵平行,形成連續的鋁粉層,且在載體膜內多層平行排列。各層鋁粉之間互相錯開,切斷了載體膜的毛細微孔,外界的水分、氣體無法透過毛細孔到達底材,這使鋁粉具有良好的物理屏蔽性。
c.光學特性
鋁粉表麵光沽,能反射可見光、紫外線和紅外線的60%~90%,用含有鋁粉的塗料塗裝物體,其表麵銀白光亮。
d.雙色效應
鋁粉由於具有金屬光澤和平行於被塗物的特性,在含透明顏料的載體中,鋁粉的光澤度和顏色深淺隨入射光的入射角度和視角的變化而發生光和色的變化,產生隨角異色效應。
e.漂浮特性
鋁鱗片表麵的氧化膜是親水性的,用脂肪酸包裹處理後是疏油性的,在油性塗料載體內不被浸潤。當載體溶劑揮發時,帶動鋁粉浮向載體上表層。隨著溶劑的蒸發和樹臘的黏度上升,鋁粉被固定在載體表麵,形成一層金屬膜,形成良好的屏蔽層。
鋁粉遮蓋力強,粒徑越小遮蓋力越強,耐候性良好,耐含硫氣體。用於配製塗料,能起到屏蔽作用和反射一部分光波,可引起色調和金屬光澤的變化,常用於配製錘紋漆、底麵兩用漆及美術漆等。
②鋁粉漿
由於鋁粉質輕,易在空氣中飛揚,遇火星易發生爆炸,為了消滅爆炸危險,常加入溶劑油,製成鋁粉漿使用,又稱鋁銀漿(一般鋁銀漿的固含量為6 5%)。其用途和特性與鋁粉大致相同,使用起來更簡便、更安全,其產量和用量更大。
根據使用目的的不同,常用的鋁銀漿溶劑有200#溶劑油(MS、高沸點芳香經溶劑(HA)、乙酸乙醋(EA)、乙酸丁醋(BA)等。除溶劑外,為了保證體係的穩定,通常還需加入各種表麵活性劑和穩定劑。下表為各類鋁粉漿的配料及規格。
(2)銅鋅粉
銅鋅粉是銅鋅合金製成的鱗片狀細粉末,俗稱金粉。這種金屬粉有類似黃金的色光。
銅鋅粉最早出現在德國,18世紀當地工匠製造出了像黃金一樣的銅合金箔並粉碎成粉末,用於塗漆裝飾,繼而又用到印刷業上製造印金油墨。印金的印刷品華麗奪目,又顯得貴重,所以發展非常迅速,印刷業的一些特殊要求又促進了銅鋅粉的發展.目前,各種不同色光、細度和特性的銅鋅粉種類繁多。
我國銅鋅粉工業在20世紀60年代建立起來,生產數量、品種和生產廠家逐年增加,基本滿足了需要。
銅鋅粉是包覆著表麵處理劑的銅合金鱗片粉末,有各種不同的色相,可分為青光、青紅光和紅光三種。
銅含量為75%~80%的稱為青光銅鋅粉,也稱綠金色金粉。
銅含量為84%~86%的稱為青紅光銅鋅粉,又稱淺金色金粉,呈純金色相。
銅含量在88%左右的稱為紅光銅鋅粉,又稱赤金色金粉,呈紅金色相。
銅鋅粉的一個特點是粒子為鱗片結構,銅鋅合金有良好的延展性,在多次研磨之後形成平展、光潔的微細薄片。這種粒子結構決定了它有與被塗物平行排列的特性,當含銅鋅粉的載體成膜後,銅鋅粉鱗片徑向互相連接,形成連續的金屬膜,這層金屬膜反射外來光線而呈現金色色光。
銅鋅粉顏料粒子均包覆一層有機物膜,在銅鋅粉鱗片形成過程中有機物如硬脂酸便吸附在粉的表麵,硬脂酸包覆膜既減小粉的密度,又增加其表麵張力,因此銅鋅粉混入載體時具有漂浮性。
銅鋅粉的粒子細度分布範圍較窄,不同細度的粉末反光能力不同,色相不一致。在印刷中粗粒子不易從輥軸轉移到紙張上去,造成漏印。所以,銅鋅粉在生產過程中嚴格控製粒度分布。
銅鋅粉主要用於裝飾塗料的顏料,用於建築物、裝飾品的塗刷等。
(3)鋅粉及其他金屬顏料
①鋅粉
純鋅是灰色金屬,有金屬光,熔點419.5℃,沸點918℃,密度7.13g/cm3。
製造鋅粉使用的原料是金屬鋅錠,其牌號為ZN-4。純度99.5%(GB470-1964)。鋅在大氣中具有相當高的耐腐蝕性,但在酸式鹽、堿式鹽中不耐腐蝕,當鋅同正電性較強的金屬接觸時,鋅首先被腐蝕,生成氧化物,所以鋅可用於保護層,大量的鋅粉在塗膜內互相連成導電層,當塗層遇到電化學腐蝕時,由於鋅比鐵具有負的電極電位差,首先被腐蝕,起到陰極保護作用,保護了鋼鐵底材;鋅與酸性食物接觸能生成鋅鹽有毒性,故不能用於食品設備的塗裝。
鋅粉在色漆中主要作為防鏽顏料使用。一般用量較高,達到60%~80%,製成富鋅(底)漆。鋅粉密度大、易沉澱,製漆時除加少量防沉劑外,一般與漆基分裝,現用現配。
②鈦粉
鈦在常溫下對各種酸、堿類物質都有很好的耐腐蝕性,鈦對氧的親和力很強,在其表麵生成致密的氧化膜,具有良好的化學穩定性。
鈦粉的防腐蝕、化學穩定性優良和無毒的特點使之在化學工業、食品工業方麵的塗裝有廣泛的使用範圍。
③不鏽鋼粉
不鏽鋼粉具有良好的化學穩定性, 能防止化學腐蝕。顏色淺、高光澤的金屬粉還有保溫能力,這類金屬粉幾乎不吸收光線,能反射可見光、紫外線,對於熱輻射也是如此,因此可用於需要保溫、防止光和熱輻射的物品上,如貯存油品、氣體的罐、塔上。