铝颜料

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铝颜料的使用，已超过八十年的历史，最先在十九世纪末在德国引进市场 ，采用非常烦复的方法和制成装饰用金箔和青铜表面敷涂用的铜─青铜粉 。但他们的应用和青铜粉不同，祇提供特殊颜色和外表似铝金属的用途。 铝颜料是种灰粉末，具有金属光泽，当在适当担体中附合，产生典型的铝 外表，具有特殊的灰丁白色和光泽，从一种钝而褪光的灰色外表（dull， rather matte gray finish)，以至一种鲜艳的金属光泽。

铝在空气中安定，因为在铝表面上存在一层非常薄，但非常有黏附性的透 明氧化铝薄膜，这种天然薄膜会增长，但最厚祇有 100A°厚，依四周情形 和曝露时间而定。非常细的铝粉，不论细粉状的或薄片状(flaked form)的， 铝很快和沸水反应，发生氢氧化铝，这反应对冷水进行迟缓。

薄的硬酯酸润滑剂。铝颜料有几种品级，依颗粒大小而不同，他们是平的 、薄片状的，最高级的铝颜料，他们薄片厚薄是0.000005吋。表7-1 铝颜料是片状粉末，他们的叶片如果足够的小，同时带有一种适当的润滑 表面敷涂的，当附合在适宜的薄膜形成液体中，如同某种清漆，他们具有 成叶瓣性(leaf)的能力。这种铝油漆在使用时，接近薄膜表面的大部份的颜 料，会自动成方向性的成为一层和表面并行彼此重迭的叶片。非常细的品 级颜料，是用来产生具有非常好金属光泽，可吸引人的涂装。铝类科还有 一特性，就是对光有高不渗透性，因为这高的不渗透性和他们的叶瓣性质 ，铝颜料具有比较高的遮盖力。

铝颜料的制造，是用一连串的捣碎机 (stamp mill)或锤碎机 (hammer mill)， 把原料铝小块或小片，在封闭状况，在加有润滑剂的情形下，打碎、变小 以至成粉。滑油的作用是使颗粒分离，并防制在锤打中又熔焊起来。第一 捣碎机是比较重型的，用来打碎铝块粒，当颗粒变小，使用轻型机器，一 直到所需要的大小。从最后一个打碎机出来的物料，经过筛选，太大的颗 粒送回打碎机再行打碎。这种方法采用球磨机变成更为安全和有效。 用琢磨机制产叶片状铝粉或铝糊，是种通行成功的方法。在球磨机中铝小 块或颗粒，打碎成光亮，细小的叶片，便有最少程度的磨耗(abrasion)和研 磨 (grinding)。有二种主要的方法，采用旋转的球磨机的，就是Hametag 方法(Hametag process)，在低氧的气氛内和在封闭系统中进行干磨。低氧气 氛防制铝粉的可能爆炸。Hall方法(Hall process)是种湿磨法，是更为普通 的方法。使用细小铝块为原料和铁球在一起，在矿物油内混合成为黏稠的 浆。没有尘粉产生，所以不需要不活泼的气氛，虽然氧的含量还是需要控 制在约6%间。球磨机的速度要控制好，使球沿边上去，然后淋落在加料 之上。因为叶片的制成，是靠铁球的坠落作用，他们慢慢变薄，同时是种 硬重操作，薄片会裂开打碎，逐渐的变成小块，一直到所需要的颗粒大小 分配。在球磨机内的空气，氧化了新产生的表面，使维持有安全的研磨情 况。磨机需要冷 ，使加料维持在安全操作的温度情形下。在这操作终了 后，从机器中放出浆，再加以分选，不论用筛子旋风分离或离心分离，得 到所需要品级的颗粒大小，除去过大或过小的颗粒。分选后用过滤法，滤 去过量矿物油料。在混合机中，糊状物可以不论加入润滑剂或碳氢化合物 溶剂，调整糊的成份。假设需要粉状颜料，滤饼放进一真空混合干燥器中 ，使用真空和加热方法，除去剩留的溶剂。干燥以后，铝粉可以进一步的 研磨使更光亮，同时加入润滑剂调整成份。

若干制造商制产特种糊状颜料，含有芳香烃、酮或其它溶剂，使符合各地 规定和需要。其它的特殊产品，可含有增轫剂，多经醇(Polyhydric alcohols )，树脂或防蚀颜料，如同加有铬酸锶或其它腐蚀抑制剂。

制造铝颜料的方法很多，但基本士都是相同的，但为符合特殊质量需要， 经多年改良而产生品级不同的产品。

铝叶片颜料(aluminum flake pigment)因为他们的金属特性和颗粒形状和非金 属性的颜料，有显著的不同。铝叶片颜料对所有的光谱，有合理有效的反 射作用，因为他们的原始不渗透性和金属铝对光谱的效应;叶片颗粒的 高面积一对重量比例;以及高度平面性，在油漆薄膜中叶片有和表面并行 的自动方向性能。铝叶片颜料的厚薄，普通在0.1～2μ间 ，他们的直径是 约在1-200μ间。

叶片性铝颜料 (leafing aluminum powder)，他们的相对表面积，习惯上用遮 盖水面积的试验(covering on water test)测定。这试验根据Langmuir的薄膜平 衡原理(film balance principle)测定，结果用每1g颜料粉的遮盖水cm2数来表 示，在水面的颜料成紧密排列的单层叶片。在商业上有的叶片性铝颜料的 水遮盖值是在8,000～35,000 cm2/g间。这试验祇限于外表敷涂有硬脂酸的 叶片性铝颜料，他们对水的润湿有防制性。非叶片性颜料的遮盖面积，用 这个方法很难测出，除非叶瓣颜料表面(flake surface)的亲水性薄膜。吸收 了一种如同硬酯酸的抗水性(hydrophobic properties)润滑剂。

测定比表面积更方便的方法，是应用气体吸附仪器(gas adsorption instrument)。在商业上有几种这样仪器，Fisher-Shell sorptometer是其中之一 。使用这种气体吸附方法，叶片性和非叶片性的颜料，他们总表面积都可以测定。他们的关系可用:

S.S.A〔㎡/ｇ〕=0.00045〔cm2/ｇ〕-1.1

S.S.A=specific surface area (气体吸附法)

第二项=水遮盖面积

典型的商业产铝颜料表面积，犹如下表7-2。

叶片性(leafing)和非叶片性(nonleafing)颜料:叶片性铝颜料的一个独特性质， 是在若干油漆担体中，颜料可以上浮(leaf or float) 的特性。当硬酯酸(stearic acid)十八酸或二十二酸(behenic acid)在颜料制造过程中是用作为球磨机的 润滑剂，这些脂肪酸吸附在颜料表面，自动的方向性，把他们羧基图 (carboxyl group)对向看金属表面。因为这种方向性，这些片状颜料陈现出 有抗水性和抗油性的双重特性。抗油性的薄膜作用反抗油类；以及弱极性 的碳氢化合物，作成抗水性薄膜，反抗水；就是所形成的薄膜，是不容易 为这些化合物所润湿。片状铝颜料的叶片性质，是由于方向性的脂肪酸薄 膜造成。他们叶片性的程度，是靠担体能润湿的程度而定。叶片性(leafing )事实上是一种移转方法，当溶剂从薄膜中蒸发出，在薄膜中从基料 (substrate)走向空气接触面，产生一种旋涡运动。这些垂直对流行动，由溶 剂蒸发产生的，带片状颜料颗粒到空气／油漆薄膜的接触面。接触面 的张力使这些颜料片保持在表面层的上部。当更多的溶剂蒸发了，薄膜中 的黏度增加了，因为黏度的阻抗，使还没有达到空气接触面的铝片颜料留 住不能活动。干燥之后，就成为一种光亮的铝漆表面。

硬酯酸薄膜对机械损坏有敏感性，如同过度的散布和对化变生的抗吸收， 以及有更高极性的化合物替代。化合物和硬酯酸有反应，如同环烷酸铝（ lead naphthenate)，或辛酸铅(lead octoate)，也可以由形成不溶的肥皂，使颜 料变成非叶片性(deleafing)。因为这原因，当需要用金属干燥剂时要单独使 用一种钴干燥剂或和钴(zirconium)以及锰干燥剂。使用叶片性颜料的系统中 ，要避免使用铅、钙和锌的化合物。

对使用叶片性颜料系统，油漆担体和溶剂的选择是最为重要，何时上浮的 速度(speed of leaf)(就是颜料片到达油漆薄膜表面所需要的时间)也是重要。 太快的溶剂蒸发，在油漆薄膜中太快的发展出黏度，增加流动抵抗力，因 而阻碍颜料片的移动。通常粗颜料片的上浮作用，要比中等─细或细品级 的颜料为快。 非叶片性铝颜料和叶片性颜料所不同的，祇是在他们表面润滑剂的化学， 他们的片状形状和大小是完全相同的。非叶片性的颜料，可以间接的把叶 片性颜料用有机酸或铝化合物去了叶片性(deleafing)，或直接在球磨机中应 用非叶片性的润滑剂制成。酯肪酸如同十二酸(月桂酸)或油酸(十八烯〔9〕 二酸)可以同在研磨方法中协助磨碎，但会使产品成非叶片性。

铝颜料在油漆中有效的减低油漆薄膜的水份和蒸气渗透性，在一种铝颜料 油漆薄膜中，那上浮有方向性的一层片状颗粒，在薄膜表面一种有效的障 屏(barrier)，阻挡水份和蒸气的渗透，同样的，薄片状有力向性的颜料在整 个的油漆薄膜中协助减低水份的传导。铅粉在整体状时，他们的热传导性 (thermal conductivity) 不良，因为叶片间有空气、氧化物和脂肪酸层的绝缘 效应，同时他们的电导性(elec-trical conductivity) 也是低的，是因为氧化物 和润滑薄膜以及颜料叶片的松弛排列的原因。

铝叶片颜料当在适当的油漆担体中附合，是对所有光谱，有高度的反射力 (reflectance)，叶片性的铝颜料在2～20μ间将反射60～90%的辐射。铝叶片 颜料的在广宽光谱范围内有反射是重要的，他们不但对日光有反射，就是 对紫外光和红射线也有反射。若干有机接合剂(binder)很容易约为紫外光侵 袭，加入铝颜料配合，可减低树脂的光退化作用使成为最小。

油漆涂装有1～2mil(l/1000吋)厚的，他们具有放射发光能力 (emissi-vities)， 不论是何种光线，约在 0.82～0.95间，但当有铝颜料加入，降低放射发光 能力到 0.12～0.49，依铝颜料的型式和加入量的多少而定。因为铝颜料油 漆表面的金属外观，同时没有一定的颜色，所以对叶片性铝颜料涂装的颜 色度量，一般是没有什么意思的。

金属非叶片性片状颜料(metallic nonleafing flake pigments)和透明的或不透明 的有色颜料在一起，可以产生一种颜色格调，一种新型的显著重要的格调 ，对各种产品或汽车外表漆为有用。金属颜料的供献，是他们具有改变颜 色的能力和在各种角度观察和或照明的反射能力。这不透明性质对曲线表 面提供显著特征（high lights）。用铬黄或铝装璜，这金属化的油漆加工（ finishes)，使汽车设计者，在汽车的型式方面，又多了一种方法。大部份的 汽车顶部涂装，都含有若干片状铝颜料。铝颜料的颗粒大小、大小分配、 浓度、反射度、型包和数量，以及散布度和在油漆薄膜中的方向性，都是 控制这些加工油漆的因素。

对于金属性片状颜料有显著反射的，有独特的光性质，叫作〝二色调〞 (two-tone)或〝flop〞(变节)，这是多色油漆最后加工对观察角度变化所发生 的亮度变化(change in lightness)。所谓多色调(polychrome)，意指具有许多颜 色的，是从这特性产生的。这〝二色调〞的解释，是这样的，在一种铝颜 料的涂装中，这些片状颜料自己排列和底料(substrate)并行，在薄膜中成均 匀的层次，清的或有色颜料配合的担体，在各层次间和上层和薄膜一空气 接触面间分配着。当这样油漆最后加工品作垂直的观察，光线通过担体的 最小限度厚度，到达颜料薄片的最大表面积，观察得到最大的反射。当观 察的角度变小了，光线通过担体的厚度增加了，到达颜料叶片可以看到的 面积变小了，减少反射。于是油漆最后加工看来似乎变黑了些。当在任何 两个观察角度间的光线伸展范围加大了，这二色调现象也增加。球状或不 规则形状的颜料，因为有均匀光线散射，没有二色调情形存在；反射普通 是和观察角度无关。所以二色调情形可用加入不透明颜料而减低。在另一 方面，铝片状颜料加上透明颜料和染料，比起和不透明或球状颜料相同配 方的情形，要产生更大约二色调。

最后加工用高光亮配方的，比起更黑暗的加工，具有少量的铝颜料的，要 产生更多的二色调。金属度光亮了，二色调的情形也变大了。

比表面积(S.S.A)和铝颜料二色调的情形有关系，比表面积增加，二色调降 低。颗粒大小分配也影响二色调，当二种颜料具有相似的吐表面积，但具 有不同的颗粒大小分配，就有不同的二色调，虽然他们的看色强度和遮盖 力是相似的。

铝片状颜料在市场上普通有粉状和糊状二种，糊状的普通含有重量65％铝 片状颜料，和重量35％有机担体。直链烃溶剂是最为普通，但有时也用芳 香溶剂和直链一芳香混合溶剂。为简单起见铝颜料在市场中，分成为： 上浮颜料(leafing pigment),工业最后加工级(industrial finish grade)；上浮颜料 ，产品最后加工级(product finish grades)；非上浮颜料(non-leafing)，工业 最后加工级；非上浮颜料，产加最后加工级；以及特殊产品。

铝颜料在油漆、瓷漆和其它涂料中有广泛用途。铝油漆应用在结构金属和 钢铁上有用，如同工厂、桥梁和架塔；这些油漆的高反射性，已长久的应 用在油料储槽上。铝颜料对硫化氢和工业气体，以及一般烟雾有抵抗力， 使他们在室内和室外油漆中有特别用途，如同水泥、砖、木料、塑料（ plaster)，以及金属，不论应用在工厂、矿场、农田和农用工具中。铝颜料 也应用在特殊油漆中，抵抗中等高温，应用在锅炉，马达和烟囱等方面。 他们也推荐应用作为室外木料的底漆。铝颜料应用在保护和装饰的喷漆中 和在普通金属的、多颜色(Polychromatic)的或汽车和家具的珠光气色 (pearlescent)的最后加工中。他们也应用在油墨、纸张敷涂、石印、房顶的 柏油涂装和作为橡胶填料用。