陳琳

摘 要：針對傳統(tǒng)的美術(shù)用的鋁顏料價格高，以及著色性能差的問題，運用化學(xué)接枝法和原位共聚法制備兩種水性鋁顏料，并運用表征手段和色差對其性能進行測試分析。結(jié)果表明，采用以上;兩種方法得到的美術(shù)顏料都表現(xiàn)出良好的性能，其中采用化學(xué)接枝法得到的美術(shù)壁畫顏料表現(xiàn)出很強的耐酸堿度，而采用原位共聚法制備的顏料，在著色度方面，有很大的提高。

關(guān)鍵詞：水性彩色鋁顏料;著色研究;涂料制備

中圖分類號：TQ630 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）12-0044-04

Research on Preparation and Performance of Artistic Mural Coating

Chen Lin

（Academy of Fine Arts， Xianyang Normal University， Xianyang 712000， China）

Abstract：Traditional Aluminum pigments have high price and poor coloring performance. Chemical grafting method and in-situ copolymerization method are used to prepare two kinds of water-based aluminum pigments， and characterization means and chromatic aberration are used to test and analyze the performance. The results show that the artistic pigments obtained by the above two methods show good performance， among which the artistic mural coatings obtained by chemical grafting method show strong acid and alkali resistance， while the coatings prepared by in-situ copolymerization method have greatly improved in terms of coloring.

Key words：water-based color aluminum pigment; coloring research; coating preparation

0 引言

鋁顏料因為其特殊的性質(zhì)及超高性價比被各行業(yè)廣泛應(yīng)用。市場上的鋁顏料大多為銀白色，顏色過于單一，無法滿足人們對審美的追求和市場的需求。針對這一點，研究人員進行了許多試驗，例如將有機染料和鋁顏料進行混合，混合后的鋁顏料顏色雖明亮、鮮艷，但性能存在明顯不足。為了能使鋁顏料運用在各個行業(yè)中，本文提出了用化學(xué)接枝法和原位共聚法制備彩色水性鋁顏料，并用FT-IR、SEM、XPS等表征手段，耐酸堿性能測試和色差分析對其性能進行測試分析。

1 水性彩色鋁顏料的制備

1.1 制備原料及化學(xué)試劑

本試驗所需的化學(xué)試劑為：銀元型鋁顏料（合肥旭陽鋁顏料有限公司，工業(yè)級）、丙酮（東莞市銀河化工有限公司，工業(yè)級）、無水乙醇東光縣東恒化工有限公司，AR）、無水乙醚（煙臺健碩化工有限公司，AR）、氯化鐵（濟南衍德生物科技有限公司，AR）、正硅酸乙酯（國藥集團化學(xué)試劑有限公司，AR）、氨水（國藥集團化學(xué)試劑有限公司，AR）、AIBN（天津光復(fù)精細化工研究所，AR）、5-磺基水楊酸（梯希愛（上海）化工工業(yè)，AR）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司，AR）、對苯二酚（國藥集團化學(xué)試劑有限公司，AR）、甲基丙烯酰氯（梯希愛（上海）化工工業(yè)發(fā)展有限公司，AR）。

主要儀器：電動攪拌器（山東威凱機械設(shè)備有限公司，JJ-1）、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司，DF-101S）、真空干燥箱（南京神威制藥設(shè)備有限公司，DZF）、超聲波清洗機（必能信超聲（上海）有限公司，CPX399H-C）、pH計（杭州齊威儀器有限公司，PHB-5）、電子天平（上海精科天美儀器有限公司，JA2603B），色差儀（美國德塔 Datacolor 色差儀，Datacolor 550）。

1.2 制備步驟

1.2.1 鋁顏料的協(xié)同水解包覆改性

在500 ml的燒杯中加入90 ml無水乙醇后，將5 g銀元型片狀鋁顏料放入其中，使其均勻的分散，并依照3∶1∶1的體積比，將30 ml的丙酮和無水乙醚倒入燒杯中，之后利用超聲波清洗機進行清洗;清洗后真空過濾溶液，并利用無水乙醚進行兩次清洗。最后將其放在真空干燥箱中，以60℃的溫度進行20 h的干燥處理，從而獲得干燥的醇洗鋁粉。

稱取干燥的醇洗鋁粉2 g，并用50 ml無水乙醇將其分散均勻，并在三口燒瓶中倒入250 ml分散液，接著用攪拌槳進行10 min的攪拌處理，并在攪拌動作持續(xù)進行的情況下，以1滴/s的速度往燒瓶中滴加A液和B液（A液：無水乙醇稀釋后的二次水和氨水;B液：無水乙醇稀釋后的硅烷偶聯(lián)劑和正硅酸乙酯）;與此同時，在45℃溫度條件下進行水浴加熱。滴加結(jié)束后，將其放在相對密閉的空間內(nèi)進行6 h的體系反應(yīng)。而后進行真空過濾，并利用無水乙醇清洗2次濾餅，將其收集并放入溫度60℃的真空干燥箱中進行干燥處理，處理的時間為20 h。

由于各種類硅烷偶聯(lián)劑特征的不同，所以得到的改性鋁粉的功能具有差異性。加入甲基丙基酰氧基三甲氧基硅烷后，得到的改性鋁粉表面呈現(xiàn)丙烯化;加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷后，得到的改性鋁粉表面呈現(xiàn)氨基化。

1.2.2 化學(xué)接枝法制備紅色鋁顏料

pH值在4～9的鐵離子（Fe3+）和5-磺基水楊酸能夠組成2個配體絡(luò)合物，因此鋁顏料呈現(xiàn)紅色，從而合成5-磺基水楊酸絡(luò)合鐵染料。其具體制備步驟：①利用pH計，調(diào)節(jié)出pH值為8.3的緩沖液;②將氯化鐵和5-磺基水楊酸分別置于緩沖液中充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?，得到氯化鐵溶液和5-磺基水楊酸溶液;③以1∶2的比例將氯化鐵溶液和5-磺基水楊酸溶液進行混合，從而獲得兩個配基的紅色絡(luò)合鐵有機染料Fe（OH）3;④絡(luò)合鐵染料經(jīng)過酰氯劑處理后得到絡(luò)合鐵有機染料FeCl3;⑤運用化學(xué)接枝法將其接枝在改性后鋁顏料的表面，從而獲得紅色的水性鋁顏料。

1.2.3 原位共聚法制備橙色鋁顏料

運用原位共聚法，將可加聚的小分子染料單體進行合成，從而完成彩色水性鋁顏料的制備。具體制備步驟為：①利用無水四氫呋喃將分散橙11進行溶解;②將將溶解后的溶液放入三口燒瓶中，開啟DF-101S型磁力攪拌機進行攪拌，在攪拌的過程中滴加有機堿;③無水四氫呋喃中加入丙烯酰氯，攪拌使其充分溶解;④以1 ml/min的速度往溶液中滴加丙烯酰氯;⑤待滴加結(jié)束后，往其中加入少量對苯二酚充當(dāng)阻隔劑的作用;⑥將其放在溫度40℃的環(huán)境下進行24 h的酰胺反應(yīng)，得到橙色染色單體;與經(jīng)過改性后的鋁顏料進行充分混合，得到橙色的水性鋁材料。

1.3 測試與表征

1.3.1 FT-IR測試

用傅里葉變換紅外光譜儀測定其光譜變化，在波數(shù)500～4 000 cm-1光譜內(nèi)進行掃描，次數(shù)為16次，觀察改性前后鋁顏料表面化學(xué)基團變化情況。

1.3.2 耐酸堿性測試

依據(jù)石油與化工業(yè)部的要求對鋁粉的耐酸堿性進行測試。首先稱取2份0.1 g鋁粉，并將其分別放置在50 ml、pH值為14的0.1 mol/L氫氧化鈉溶液和50 ml、0.1 mol/L的氯化氫溶液中，對72 h內(nèi)所釋放的氫氣體積進行記錄，以氫氣的體積大小對鋁粉的耐酸堿性能力進行判斷。

1.3.3 色差分析

運用美國的Datacolor 色差分析儀對改性及著色前后的鋁料顏色變化進行表征。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)接枝法所制備的彩色鋁顏料

2.1.1 改性前后鋁粉顏料的FT-IR圖

圖1是未改性鋁粉、紅色鋁粉和氨基化改性鋁粉的FT-IR圖。

由圖1可知，醇洗后，鋁粉粒子表面出現(xiàn)大量裸露的羥基，F(xiàn)T-IR圖在3 400 cm-1出現(xiàn)較強伸縮振動峰。未改性鋁粉、氨基化改性鋁粉和紅色鋁粉3條曲線的波數(shù)在3 400 cm-1左右，透射率呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，即出現(xiàn)—OH特征峰。與未改性的鋁粉相比，氨基化改性鋁粉的FT-IR曲線在波數(shù)為1 100、870 cm-1時，出現(xiàn)了Si—O—Si和Si—OH的特征峰，證實APTES/TEOS協(xié)同水解的實現(xiàn)。與改性前后的鋁粉進行對比，紅色鋁粉除了氨基化鋁粉的特征外，在波數(shù)為1 171、1 030 cm-1時，有磺酸基振動特征峰出現(xiàn);在波數(shù)為1 484、1 448 cm-1時，有苯環(huán)振動特征峰出現(xiàn)。由此表明，彩色水性鋁顏料中的磺基水楊酸絡(luò)合鐵染料成功接枝到鋁顏料的粒子表面。

2.1.2 改性前后鋁顏料的耐酸堿性

由于鋁顏料中的主要成分鋁屬于兩性金屬，遇酸堿會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生氫氣，極易發(fā)生安全事故。因此鋁顏料的耐酸堿性能的好壞十分重要。本文運用化學(xué)接枝法，使鋁顏料表面覆蓋一層薄膜，形成雙層結(jié)構(gòu)。這樣在保持鋁顏料色彩的同時，提高自身的耐酸耐堿性能，增強美術(shù)視覺的美感時，同時也使鋁顏料更具經(jīng)濟價值。

圖2（a）、（b）兩圖分別為未改性鋁粉、紅色鋁粉和氨基化改性鋁粉的耐酸性能和耐堿性能的分析圖，其結(jié)果是通過對同時間內(nèi)3個樣本釋放的H2體積對樣品的耐酸、堿性能進行判斷。

從圖2（a）中可看出，24 h內(nèi)，改性前的鋁顏料在酸溶液中釋放的H2體積為95 ml;在24～48 h時，基本沒有再釋放H2;改性后的鋁顏料在酸溶液中放置72 h內(nèi)，總共釋放1.5 ml H2;著色后的鋁顏料在酸溶液中放置72 h釋放不到1 ml H2。從圖2（b）中可看出，改性前的鋁顏料在堿溶液中放置72 h可產(chǎn)生104 ml H2;改性后的鋁顏料在堿溶液中放置72 h可釋放出2 ml H2;著色后的鋁顏料在堿溶液中放置72 h可產(chǎn)生1.5 ml H2。從以上分析可證明，由化學(xué)接枝法所制備的水性彩色鋁顏料，其耐酸、耐堿性能符合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 原位共聚法所制備的彩色鋁顏料

圖3為未改性鋁粉、橙色鋁粉和氨基化改性鋁粉的FR-IR分析曲線圖。從圖3中不難看出曲線a在波數(shù)3 430 cm-1時，呈現(xiàn)出Al-OH特征峰，曲線b在波數(shù)為1 720 、1 790 cm-1時分別呈現(xiàn)出碳碳雙鍵特征峰和氧羰基特征峰，且在波數(shù)為879 、1 095 cm-1時分別呈現(xiàn)出Si—OH特征峰和Si—O—Si特征峰，證明了鋁顏料粒子表面覆蓋了一層二氧化硅雜化膜;但在曲線c中，僅在波數(shù)為1 790 cm-1時呈現(xiàn)出酰氧羰基特征峰，并保留了二氧化硅雜化膜其余特征峰皆消失，從側(cè)面證明了鋁顏料粒子表面產(chǎn)生了原位共聚反應(yīng)。

2.3 色差分析

鋁顏料的顏色會隨著觀察角度的不同產(chǎn)生差異，因此對鋁顏料進行包覆改性會對其色彩的呈現(xiàn)產(chǎn)生一定的影響。表1為未改性鋁粉、氨基化改性鋁粉和橙色鋁粉的色差分析表。在表1中，L*表示黑白亮度，即顏色的光澤度;a*表示洋紅色到綠色的范圍;b*表示黃色到藍色的范圍;c*表示色彩的飽和度，即色彩的鮮艷度。通過公式進行計算。

從表1中不難看出，隨著對鋁粉進行丙烯雙鍵化和著色，顏色的光澤度雖有所降低，但其鮮艷度有所提高，且使鋁顏料呈現(xiàn)出明亮的橙色，提高了鋁顏料的色彩飽和度。

3 結(jié)語

本文運用化學(xué)接枝法和原位共聚法分別制備了紅色和橙色的水性鋁顏料，得出：

（1）采用化學(xué)接枝法將5-磺基水楊酸絡(luò)合鐵有機染料接枝到鋁顏料的粒子表面，具有良好的水性鋁顏料性能。

（2）采用原位共聚法將制備的顏料，由于有機物和二氧化硅雜化膜的遮蓋，顏料的光澤度有所下降;但色彩飽和度有所提高。

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