气相氧化铝提高粉末涂料流动性作用的探讨
简单介绍了气相氧化铝的物性、影响粉末涂料流动性的因素，探讨了气相氧化铝能提高粉末流动性的机理。
粉末涂料作为一种环境友好型产品，近几年在国内得到了快速发展。粉末涂料产品的研发和生产也越来越精细化，出现了这么多专用的功能性粉末涂料品种。它不仅可以起到保护和装饰作用，还赋予涂膜各种特异功能，主要包括绝缘、导电、防污、阻燃、抗菌、重防腐、耐高温、防辐射等多种功能的粉末涂料。
粉末涂料的施工是以空气为载体进行分散并涂装，这样就对粉末粉料的流动性和储藏过程中防止结块提出了较高的要求。在粉末涂料静电喷涂过程中，流动性好的粉末，像流动的水一样，可克服粉末涂料结团而造成喷涂堵枪或“吐粉”等生产异常现像，避免粉末等弊病，提高劳动生产效率。气相氧化铝作为粉末涂料的“助流动剂”，添加到粉末涂料中可防止涂料结块，增加粉末涂料的流动性，另外还有助于防发送漆面表面品质、减少橘皮、提高光泽及稳定性，而不对其产生任何不良影响。
1气相氧化铝的性能
气相氧化铝是利用A1Cl3升华的气体在氢氧焰中燃烧，经高温水解而生成的一种蓬松的白色粉末，原生粒径在7～40nm之间，粒子之间不是孤立存在，而是“附聚体”，这些附聚体最大粒径应在5～6um，通常在 4～5 um之间。气相氧化铝具有颗粒细、纯度高、分散性好以及表面带正电的特性，广泛应用于荧光节能灯、高光相纸、粉末涂料等领域，是一种重要的无机化工原料，用于粉末涂料的气相氧化铝理化指标如表1所列。
气相氧化铝的正电荷使得其可用作摩擦带电粉末涂料配方的有效添加剂。无论是环氧聚酯混合物、聚酯-TGIC或是其他树脂系统，气相氧化铝在摩擦涂料应用中均提供流动性与电荷性的极佳组合。
目前市场上在售的用于粉末涂料的气相法氧化铝主要是德固萨的AEROXIDE Alu C 和卡博特公司生产的SpectrAI 100，广州吉必盛科技实业公司也建成了一条气相氧化铝生产线，并且用于粉末涂料的气相氧化铝产品也已推向市场。
2影响粉末涂料流动性的因素
影响粉末涂料流动性的因素比较多，如所选用的树脂类型，涂料颗粒的形状、粉末粒径的大小及分布都会影响其流动性。一般情况下，选用聚合物从玻璃态转变为高弹态转变温度较高的树脂，粉末的稳定性提高，结块性降低，粉末涂料的流动性提高。但树脂的相转变温度太高，流动性差，会导致粉末涂料涂膜的机械性能下降.生产中一般选择树脂的相对分子质量在2000～5000，相转变温度在50～65℃范围内较适宜。
粉末涂料颗粒形态对粉末流动性影响很大，角形颗粒的粉末涂料综合性能较好，球形的粉末涂料尽管蓬松度高，安息角小，但喷涂时需要的风量较大。而须形粉末涂料的综合性能都比较差。因此在粉碎加工时尽可能控制颗粒的形状为角形或球形，避免须形。
粉末涂料颗粒大小及分布对流动性也有一定的影响。颗粒大，流动性会好一些，但产生橘皮效应的机率也就愈大。粒径分布均匀的粉末涂料流动性要比分布不均匀的粉末流动性好，粉体之间的摩擦较小，便于施工，喷涂的品质也较好。
另外，粉末涂料在贮存和运输过程中，由于会吸收空气中的水分受潮或因承压以及环境温度升高而结块，影响到粉末的流动性，导致无法进行静电喷涂。
在上述影响因素确定的条件下，往粉末涂料中加入助流动剂——气相氧化铝，可以大大提高粉末涂料的流动性，也可以防止结块，便于喷涂施工。
3气相氧化铝改善粉末涂料流动性的机理
粉末聚集是材料内部结构作用力通过多种方式与颗粒所受重力相互竞争的结果，取决于颗粒尺寸、湿度和颗粒构成（见图1）。一般情况下，当干燥颗粒尺寸大于75um，重力大于结构或颗粒间作用力，颗粒之间引力较小，粉末可以流化，且只需要很少能量就可以流动，颗粒能够彼此独立地运动。但颗粒大时，涂膜的外观质量下降，橘皮也较严重，喷涂表面的品质降低。
当粉末颗粒小于75um时，颗粒之间的引力往往大于颗粒的重力，粉末容易团聚，导致流动性下降。目前的粉末涂料颗粒基本在35um左右，未来发展的趋势是进一步把粉末颗粒的大小控制在10～20um之间通过减小基质颗粒尺寸来得到更薄涂层。为了克服粉末之间的团聚，就需要加入如气相氧化铝之类的纳米材料，起到助流动性的作用。在粉末涂料中加入适量的氧化铝粉末，通过充分的机械搅拌，氧化铝纳米颗粒可有序地结合在基质颗粒的表面，形成一层“包覆”，这样形成一个“壳核”结构，整体进行运动，可有效减小颗粒间的静电引力，避免由于范德华力、吸潮、颗粒摩擦等产生的粉末粘接。流化需要较少能量，运输时较少发生沉降，粉末流动性更好，粉体蓬松密度变大（见图2）。
如果加入的氧化铝太多或太少或由于没有充分搅拌，那么纳米氧化铝颗粒不能均匀地结合在基质颗粒的表面，而是随机分布在基质颗粒之间，不能在基质颗粒的表面形成一层有效“包覆”，那么粉末涂料颗粒之间还会团聚，导致流动性降低，基质颗粒倾向于附聚，流化需要更多能量，不便于施工喷涂（见图3）。
正是由于气相氧化铝独特的结构和合适的“附聚体”颗粒尺寸以及表面的正电性，使其能够和粉末涂料的基质颗粒形成包覆的“壳核”结构，从而有效提高了粉末涂料的流动性，也为末来粉末涂料颗粒进一步微细化提供了可能，尤其是目前在市场上出现的超细粉末涂料，其产品粒径甚至控制到0.1～0.2um。粉末涂料粒子愈小，其热容量愈低，熔融所需时间也就愈少，从而可较快聚结成膜进而流平，涂层致密、附着力、抗冲击强度和韧性均好，边角覆盖率高，具有优良的耐化学药品腐蚀性能和电气绝缘性能。通常气相氧化铝的加入量是粉末涂料总质量的0.1%～0.3%，可在粉碎前混入也可以在粉碎后混入。添加量过多，影响涂膜外观及机械性能，加量过少，流化作用效果不明显。另外，添加时更要混合均匀。
4结语
气相氧化铝作为一种重要的无机功能材料，在提高粉末涂料流动性方面起到了很好的作用，但其价格较高，在一定程度上也限制了其应用。广州吉必盛科技公司经过多年的技术积累，充分吸收生产气相白碳黑的经验，于2013年7月成功建成一条年产300t气相氧化铝生产线，并一次点火成功。不仅大幅度降低了产品售价，并且在运输方面也比较快捷，无疑对国内粉末涂料行业的发展起到一定的推动作用，使粉末涂料行业向更高端、更精细、更环保方向健康地发展，从而也带动下游行业的快速发展。
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