气相法氧化铝是由三氯化铝、氧气及氢气经高温燃烧水解而生成的一种纳米级的蓬松粉体, 其原生粒径大小在7~40nm之间。气相法氧化铝具有颗粒细、纯度高、光学性能好、可分散性好和表面带正电等特征, 目前广泛地应用于涂料、油墨、高光相纸、光电陶瓷、照明产品等领域, 是一种重要的无机纳米新材料。

3 气相法氧化铝在粉末涂料中应用性能研究

3.1 提升粉末涂料耐腐蚀性

随着我国工业发展迅猛, 管道在化工产品输送、城镇供水、污水处理等领域的应用已十分广泛。目前输送油、气的管道主要安装在复杂的土壤环境中, 所输送的介质大部分具有腐蚀性, 因此管道内、外壁都可能遭到腐蚀。如果管道没有做好防护被腐蚀穿孔, 容易造成气、油泄露, 不仅中断其运输过程, 还会严重污染环境, 严重的时候甚至可能引起火灾, 造成危害, 因此在设计管道的时候需要考虑安装环境对管道的磨损、腐蚀影响。这些设备都需要进行涂层以防护, 通过在其表面附上的涂层以提升其使用寿命及其安全性, 因此在这些领域中的应用中对涂料耐腐蚀性的要求很高。

在粉末涂料中加入气相法氧化铝作为增硬剂, 实现涂层硬度性能提升。氧化铝具有较大的比表面积和高表面活性, 具备与基体良好的亲和能力及较强的化学稳定性。在普通防腐涂层中填料与树脂间容易被具有腐蚀性的介质渗透, 出现腐蚀现象。在添加气相法入氧化铝后, 喷涂后涂膜表面会形成紧密、均匀的氧化膜保护结构, 屏蔽了腐蚀介质, 实现对涂层表面防护, 起到耐腐蚀的作用。同时在粉末涂料中添加的气相法氧化铝不会对涂层的透明度和相容性有影响, 能保证较好的装饰效果, 还能实现涂层防护。经研究表明在试验条件下, 氧化铝增强无机硅酸锌涂层的耐蚀性提高了6倍, 涂层的滑动摩擦因数为0.2左右,耐磨损性能提高了3倍。

3.2 提升粉末涂料的上粉率

在粉末涂料生产和应用中, 粉末涂料的上粉率一直是困扰着厂家及客户的主要问题。如果粉末上粉率较低时, 在施工过程中会出现大量粉末回落, 粉末的利用率降低, 喷涂速度也降低, 直接影响了工艺的连续性及大幅度降低其经济效益。

在喷涂过程中, 摩擦枪用粉末的颗粒大小控制严格, 由于粉末粒子必须以一定速度与枪管内壁发生剧烈摩擦才能带上足够正电荷, 实现粉末吸附在工件上, 如果粉末带电量太小, 静电引力低, 上粉率就会降低。因此从喷涂机理可知静电喷涂的主要吸附力是静电力, 粉末上粉率的高低, 主要取决于粉末颗粒带电的多少。

目前许多行业在粉末涂料中加入气相氧化铝以实现涂料上粉率的提升。氧化铝自身是带大量正电荷, 能够有效改善粉末的摩擦带电性, 并在喷涂过程中有效克服法拉第笼效应, 适用于静电喷涂的工艺。在喷涂过程中, 氧化铝颗粒会均匀分布在基质表面, 有效增强粉末涂料的摩擦带电性, 增强静电引力,粉末能更好地吸附在工件上, 提高粉末上粉率, 降低粉末回收率, 提升了粉末的利用率。

3.3 提升粉末涂料流动性

粉末涂料的流动性较低时, 呈现粉末形状不规则、粉末颗粒粘连、颗粒较大、松散度差的现象。在喷涂过程中利用流动性低的粉末涂料, 施工过程会出现回收粉量高, 利用率降低,喷涂速度缓慢等问题, 直接影响了工艺的连续性及大幅度降低其经济效益。因此有必要提高粉末涂料的流动性来提高效率,同时保证粉末涂料的产品质量及稳定性的提升。

经研究发现通过加入气相法氧化铝纳米材料, 有效降低粉末之间的粘连, 起到提升流动性的效果。在粉末涂料出片粉碎阶段通过加入一定量的气相法氧化铝并充分搅拌, 由于气相法氧化铝具有独特的纳米结构及表面带正电, 使其有序地结合在基质颗粒的表面, 形成一层有序外层包覆, 与基质颗粒整体进行有序的运动, 有效降低颗粒与颗粒之间的静电引力, 同时避免由于范德华力、吸潮、颗粒磨擦等现象产生的粉末间的粘连, 有效提升了粉末的流动性, 粉末的松散程度也显著提升,有效防止粉末涂料的结块现象。

3.4 提升粉末涂料的耐磨性能

随着科技的发展, 机械在现代工业中作用越来愈大, 但是机械零件磨损失效对企业来讲也是一种损失, 机械零件磨损主要发生在材料接触的表面, 目前提高机械零件使用寿命最前沿的科技就是在金属材料表面涂覆一层陶瓷膜降低磨损, 在金属基陶瓷涂层的制备中需要添加气相法纳米氧化铝提高其性能,由于纳米氧化铝的分散性高, 其粒度分布非常均匀, 并且具有很高的比表面积、硬度和纯度, 因此气相纳米氧化铝在涂层骨料中的添加量对于涂层的均匀分散有着至关重要的影响。当纳米氧化铝添加量达到2%时, 涂层表面形貌相对光滑平整, 并且涂层与基体结合非常紧密, 涂层内部结构也非常的致密均匀, 可以大大提高涂层的耐磨性能和强度, 提高金属部件的使用寿命。

4 结语

气相法氧化铝作为一种性能优越的无机纳米材料, 在提升粉末涂料性能方面起到关键作用。目前广州吉必盛已掌握气相法氧化铝的核心生产技术, 并拥有该项生产技术的自主知识产权, 产能已达到300吨/年, 未来还将开展技术改造实现产值更高、品质更高的气相法氧化铝生产线。目前已经将气相法氧化铝推向国内市场, 提升了国产气相法氧化铝在国内市场的占有率, 从而降低该类产品的成本, 有利于推动国内粉末涂料行业往更环保、更高端的方向高速发展。今后将继续开展气相法氧化铝在其他领域的应用, 开拓国际市场, 使国产气相法氧化铝产品走向国际, 气相法氧化铝具备不错发展前景。

封面图：Photo by Wallace Chuckfrom Pexels

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