铝银粉在粉末涂料中的耐腐蚀性能

1、铝的基本物理及化学特性

铝是在地壳中含量最丰富的金属元素，为银白色轻金属，相对密度2.70。熔点660℃，沸点2327℃，有很强的延展性，对光有很高的反射率。

铝是两性金属，极易溶于强碱，也能溶于稀酸。铝是金属性比较强的金属，易氧化，当铝片置于潮湿的空气中时，易在表面形成一层约厚5纳米的氧化膜（铝银粉的厚度一般在500纳米左右），由于它非常薄，又可称为“铝毛”，形成氧化膜后，铝片会失去原有的金属光泽。

常温下铝表面可形成多孔的氧化膜，有一定耐蚀性，能防止铝片进一步氧化，但这个反应过程在常温下几乎观察不到。

铝和水的反应是 2Al+6H2O=2Al(OH)2+3H2↑。

常温下自发钝化的铝件在腐蚀环境较苛刻的条件下，因为氧化膜容易被穿透而容易发生小孔腐蚀，丝状腐蚀，缝隙腐蚀等。建筑用铝型材一般要通过阳极氧化或钝化处理来加强其耐蚀性能，使铝表面能生成从几个微米 到几百个微米的蜂窝状氧化膜，比起天然形成的氧化膜有更强的耐蚀性。

现代铝颜料主要以球磨设备生产，产品由微细铝鳞片、表面处理剂组成(铝浆含溶剂)。其生产方式分为：干法生产铝银粉（Hametag工艺）、湿法生产铝粉浆（Hall工艺）以及湿法生产铝银粉等。干法与湿法生产的区别在于前者以惰性气体保护直接制取铝银粉，后者则以溶剂油等为保护介质生产铝浆料，再把铝浆干燥脱去溶剂 即可得到铝银粉产品。受到安全问题等影响，Hametag工艺目前普遍用于生产铜金粉颜料而不再用于生产铝银粉，目前生产铝银粉最主要用的是Hall工艺。

用于铝颜料生产的铝锭一般纯度要在99.5%以上，在惰性气体保护下铝锭雾化成不同粒径等级的雾化铝粉。将钢球与雾化铝粉和惰性石油溶剂，以及润滑剂一起混合在球磨机内进行球磨加工，惰性溶剂把研磨中新生的活性铝片与氧气隔离，润滑剂吸附在新生的活性铝片表面，有效地防止了铝片表面的氧化及因过高的表面能而团聚。

在球磨过程中，为了防止铝片被氧化而失去光的反射能力，一般要用油酸，硬脂酸吸附在铝片表面来阻止氧化的进行。

随着技术的发展和市场对铝颜料产品耐腐蚀要求的提升，铝颜料的表面处理技术也得到了飞速的发展，常见的有：钝化处理技术，硅包覆处理技术(如族兴ZPR，ZPS系列产品)，树脂包覆处理技术(如族兴ZPA，ZPC1XX 系列产品)，双包处理技术，复合包覆处理技术(如族兴ZPU系列产品)等。不同的表面处理技术生产出不同的铝颜料系列产品，其耐腐蚀性能不尽相同，以满足不同行业、不同场合的需求。

3、影响铝银粉在粉末涂料涂膜中的耐酸碱性能的因素

在粉末涂料涂膜中铝片腐蚀的过程是水，氧和离子穿透涂膜，氧化铝片基体，使金属颜料失去原有光泽的过程。

3.1 铝银粉在涂膜中的排列定向

铝片在涂膜中的排列定向不同，从而影响到腐蚀介质对铝片的渗透的方式。常见的浮型铝银粉的远比非浮型铝银粉的耐腐蚀性能差。

浮型铝银粉因其有硬脂酸处理而具有漂浮的特性，使铝片集中地聚集在涂膜表面，较易受腐蚀性介质或耐刮擦性能降低。目前市场上的浮型铝银粉都有耐手汗差的缺陷，原因是浮型铝银粉铝片趋向于涂膜表面排列从而失去了涂层的保护。针对浮型铝银粉普遍耐盐雾性能差的特点，有报道称用内加抗氧化剂或缓蚀剂如Eumate440能提高耐中性盐雾性能至200小时，有较强的耐湿热和耐水性能。

非浮型铝银粉则不同，常见用于粉末涂料是非浮型铝银粉有二氧化硅包膜，丙烯酸树脂包膜，还有部份油酸残留的不包膜产品。这类铝银粉在固化时，铝片被熔融的粉末涂料基料所浸润，因此非浮银是埋在涂层中的，铝片受到涂膜的保护。

3.2 涂层的质量

涂层是一层高分子聚合物形成的连续薄膜。涂层中的铝片在涂层固化过程中得到熔融基料不同程度地润湿。涂层是阻挡腐蚀介质氧化铝片的第一道屏障。涂层交联密度的提高，合适的PVC(颜料体积浓度)能有效地降低腐蚀介质穿透涂层的速率。

实践证明，邦定工艺后的金属粉末涂料能将铝片裹起来，固化后的涂层对铝片能形成一定程度的保护，如邦定后的浮银有更好光泽及耐手汗性能。

铝银粉的表面处理是影响铝银粉耐酸碱性能的决定性因素。

最开始应用粉末涂料用铝银粉是经过二氧化硅处理的铝粉，如PCR 系列产品，长沙族兴ZPR系列产品，因其具有一定的电气绝缘性及温和耐酸碱性能(5%NaOH约15分钟无腐蚀痕迹)，施工稳定，得到很好的普及。随着粉末涂料市场竞争的加剧，部份厂家为了迎合低端市场的需求，推出了不包膜或钝化处理的铝银粉，但这类铝银粉不具备起码的耐酸碱性，贮存稳定性差，容易掉粉，施工稳定性差，难以推广。

随着建筑铝型材粉末，健身器材及高端家电厨卫等涂装市场的兴起，对金属效果粉末涂料的性能要求提高，性能测试的方法也越来越多。如耐灰浆测试，耐沸水性能，耐盐雾，耐洗涤剂等等。目前解决铝银粉耐腐蚀性能不足的办法有：使铝片上的二氧化硅包膜更加致密及均匀，或者采用复合膜(二氧化硅+丙烯酸树脂)，双层二氧化硅处理等，以使铝片的耐腐蚀性能提高。

目前市场上二氧化硅包膜产品质量良莠不齐，在选择铝银粉时，应针对不同的要求，遵照相关的标准进行测试。比较市面上铝银粉，可以对铝银粉耐腐蚀性能作简单的排序：浮型银粉<不包膜非浮型铝银粉<树脂包膜产品<二氧化硅包膜产品<致密二氧化硅包膜产品<复合包膜产品。

4、常见用于粉末涂料涂层的耐腐蚀测试方法4.1耐灰浆测试

铝型材粉末涂装国家标准(GB 5237.4)中规定的试验方法：取JC/T480(我国建筑生石灰标准)规定合格的生石灰75g和规定的标准砂(对SiO2，烧失量，含泥量等标有规定)225g，再加入约100g GB/T 6682 (分析实验室用水规格和试验方法)规定的三级水混合成糊状砂浆。

将糊状砂浆置于试样表面，堆成直径为15mm，厚度为6mm的圆柱形，在38℃±3℃，相对湿度为95%±5%的环境下放置24h。

去掉砂浆，用湿布擦掉残渣，晾干，目测检查试验后的涂层表面。评价方法：目测检验试样表面，不应有脱落或其它明显变化。目前市售的铝银粉品种中，有爱卡的PCU，班德鲁的MaxalEC和长沙族兴ZPU，ZPS品种可以通过耐灰浆测试。与国外标准ASTMD3260的耐灰浆测试方法相似。

4.2 耐盐雾腐蚀性测试

盐雾试验是评价涂膜耐蚀性最普遍也是国际通用的方法。现行的100多项涂料标准和行业标准中，有21项标准有盐雾试验指标。盐雾试验标准的要求是很严格的，从试液的配制，样本的制作，盐雾设定，样本放置等等每一个细节都有严格的规定，这是因为影响腐蚀的因素很多。

我国通用于粉末涂料涂层的中性盐雾试验标准是GB/T1771-2007，如擎天粉末在环氧-聚脂粉末涂料及聚脂/TGIC粉末涂料产品规格中，对耐盐雾性能的要求：测试标准，GB/T1771-2007，500小时，无影响，划叉处腐蚀宽度不超过2mm。针对这一要求，对于户内用的混合型金属粉末涂料(没500小时中性盐雾性能要求除外)，浮银，非包膜处理，普通二氧化硅处理且细粒径(≦25微米)的铝银粉要慎用，粗粒径的品种如50微米，35微米则可通过这一性能要求。选用产品如长沙族兴的ZPR系列产品及国外同级别产品。

阿克苏诺贝尔粉末涂料用于户外家具的Interpon F1500系列产品对盐雾性能要求是：执行标准，ASTM B117 ：09，480小时，腐蚀评级≧5级(腐蚀面积≦3.0%)。STM B117与国标GB/T 10125的规定相近。

GB 5237.4-2008 自2004年转化成铝型材行业的强制执行标准后， 粉末涂料对涂膜耐候性能，耐盐雾性能的提高逐步得到加强。GB 5237.4-2008对盐雾性能要求采用的标准是GB/T 10125进行乙酸加速盐雾试验，要求是1000小时后，目测涂层表面无起泡、无脱落或其他明显变化，划线两侧膜下单边渗透腐蚀宽度应不超过4mm。目前市面上，除外国品牌产品外能满足此项性能，长沙族兴ZPU系列产品亦具备同等性能。使用该类产品时，还要考虑邦定工艺对包膜铝片的破坏。

4.3 耐酸碱测试

铝是偏酸性的金属，对碱性介质敏感，对酸性介质较迟钝。耐酸碱测试周期短，操作简单，常用于对包膜铝银粉生产的质量检测，作为对铝银粉包膜好坏的一种快速评估方法。一般选用10%HCl溶液和1M或5%NaOH溶液作试剂。HCl中的CL-离子穿透能力强且不具有氧化性，更适用于液滴型测试。具体方案如下图：

当液滴到规定的时间时，用干抹布或纸巾擦掉试液，待3小时测试结束时，用清水漂洗后自然晾干后对液滴留下的腐蚀痕迹进行评估。注意液滴里不能有气泡。对腐蚀痕迹按以下方法进行评级：

0 分 = 金属涂膜表面没有腐蚀痕迹；

1 分 = 金属涂膜表面有轻微腐蚀；

2 分 = 金属涂膜表面有严重腐蚀，但仍可观察到闪光的铝片；

3 分 = 金属涂膜表面有严重腐蚀，但已无法观察到闪光的铝片；

涂膜表面共10个液滴，最高得分为30分，表示耐酸碱性能最差；最低得分为0分，表示耐酸碱性能很好。

在耐酸碱测试中，比如长沙族兴的ZPR可得16分左右，ZP3D产品可得10分左右，超高性能产品ZPS和ZPU产品可得0分。在比较超高性能的产品时可采用更高浓度的NaOH此外，常用于粉末涂料涂膜耐腐蚀测试方法还有耐水煮性能测试，耐手汗性能。在选用铝银粉时，要遵照客户约定或相关标准的要求进行耐腐蚀测试，以确保金属效果的粉末涂层能满足相关行业标准的性能要求，以提高产品档次。

5、结束语

象征着科技，时尚的银白色彩，今天仍旧是广大消费者喜爱的流行色。伴随我国产业升级、消费升级，铝型材、家电、运动器材涂装标准的建立及推广，加之发达经济体对我国出口产品的技术壁垒越来越苛刻，对金属效果粉末涂层的性能要求不断提高。确选用铝银粉及评估涂层相关耐腐蚀性能是做好金属效果粉末涂料，提高产品档次不可或缺的环节。