陈琳

摘 要：针对传统的美术用的铝颜料价格高，以及着色性能差的问题，运用化学接枝法和原位共聚法制备两种水性铝颜料，并运用表征手段和色差对其性能进行测试分析。结果表明，采用以上;两种方法得到的美术颜料都表现出良好的性能，其中采用化学接枝法得到的美术壁画颜料表现出很强的耐酸碱度，而采用原位共聚法制备的颜料，在着色度方面，有很大的提高。

关键词：水性彩色铝颜料;着色研究;涂料制备

中图分类号：TQ630 文献标识码：A     文章编号：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

铝颜料因为其特殊的性质及超高性价比被各行业广泛应用。市场上的铝颜料大多为银白色，颜色过于单一，无法满足人们对审美的追求和市场的需求。针对这一点，研究人员进行了许多试验，例如将有机染料和铝颜料进行混合，混合后的铝颜料颜色虽明亮、鲜艳，但性能存在明显不足。为了能使铝颜料运用在各个行业中，本文提出了用化学接枝法和原位共聚法制备彩色水性铝颜料，并用FT-IR、SEM、XPS等表征手段，耐酸碱性能测试和色差分析对其性能进行测试分析。

1 水性彩色铝颜料的制备

1.1 制备原料及化学试剂

本试验所需的化学试剂为：银元型铝颜料（合肥旭阳铝颜料有限公司，工业级）、丙酮（东莞市银河化工有限公司，工业级）、无水乙醇东光县东恒化工有限公司，AR）、无水乙醚（烟台健硕化工有限公司，AR）、氯化铁（济南衍德生物科技有限公司，AR）、正硅酸乙酯（国药集团化学试剂有限公司，AR）、氨水（国药集团化学试剂有限公司，AR）、AIBN（天津光复精细化工研究所，AR）、5-磺基水杨酸（梯希爱（上海）化工工业，AR）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（萨恩化学技术（上海）有限公司，AR）、对苯二酚（国药集团化学试剂有限公司，AR）、甲基丙烯酰氯（梯希爱（上海）化工工业发展有限公司，AR）。

主要仪器：电动搅拌器（山东威凯机械设备有限公司，JJ-1）、集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限公司，DF-101S）、真空干燥箱（南京神威制药设备有限公司，DZF）、超聲波清洗机（必能信超声（上海）有限公司，CPX399H-C）、pH计（杭州齐威仪器有限公司，PHB-5）、电子天平（上海精科天美仪器有限公司，JA2603B），色差仪（美国德塔 Datacolor 色差仪，Datacolor 550）。

1.2 制备步骤

1.2.1 铝颜料的协同水解包覆改性

在500 ml的烧杯中加入90 ml无水乙醇后，将5 g银元型片状铝颜料放入其中，使其均匀的分散，并依照3∶1∶1的体积比，将30 ml的丙酮和无水乙醚倒入烧杯中，之后利用超声波清洗机进行清洗;清洗后真空过滤溶液，并利用无水乙醚进行两次清洗。最后将其放在真空干燥箱中，以60℃的温度进行20 h的干燥处理，从而获得干燥的醇洗铝粉。

称取干燥的醇洗铝粉2 g，并用50 ml无水乙醇将其分散均匀，并在三口烧瓶中倒入250 ml分散液，接着用搅拌桨进行10 min的搅拌处理，并在搅拌动作持续进行的情况下，以1滴/s的速度往烧瓶中滴加A液和B液（A液：无水乙醇稀释后的二次水和氨水;B液：无水乙醇稀释后的硅烷偶联剂和正硅酸乙酯）;与此同时，在45℃温度条件下进行水浴加热。滴加结束后，将其放在相对密闭的空间内进行6 h的体系反应。而后进行真空过滤，并利用无水乙醇清洗2次滤饼，将其收集并放入温度60℃的真空干燥箱中进行干燥处理，处理的时间为20 h。

由于各种类硅烷偶联剂特征的不同，所以得到的改性铝粉的功能具有差异性。加入甲基丙基酰氧基三甲氧基硅烷后，得到的改性铝粉表面呈现丙烯化;加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷后，得到的改性铝粉表面呈现氨基化。

1.2.2 化学接枝法制备红色铝颜料

pH值在4～9的铁离子（Fe3+）和5-磺基水杨酸能够组成2个配体络合物，因此铝颜料呈现红色，从而合成5-磺基水杨酸络合铁染料。其具体制备步骤：①利用pH计，调节出pH值为8.3的缓冲液;②将氯化铁和5-磺基水杨酸分别置于缓冲液中充分搅拌使其溶解，得到氯化铁溶液和5-磺基水杨酸溶液;③以1∶2的比例将氯化铁溶液和5-磺基水杨酸溶液进行混合，从而获得两个配基的红色络合铁有机染料Fe（OH）3;④络合铁染料经过酰氯剂处理后得到络合铁有机染料FeCl3;⑤运用化学接枝法将其接枝在改性后铝颜料的表面，从而获得红色的水性铝颜料。

1.2.3 原位共聚法制备橙色铝颜料

运用原位共聚法，将可加聚的小分子染料单体进行合成，从而完成彩色水性铝颜料的制备。具体制备步骤为：①利用无水四氢呋喃将分散橙11进行溶解;②将将溶解后的溶液放入三口烧瓶中，开启DF-101S型磁力搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中滴加有机碱;③无水四氢呋喃中加入丙烯酰氯，搅拌使其充分溶解;④以1 ml/min的速度往溶液中滴加丙烯酰氯;⑤待滴加结束后，往其中加入少量对苯二酚充当阻隔剂的作用;⑥将其放在温度40℃的环境下进行24 h的酰胺反应，得到橙色染色单体;与经过改性后的铝颜料进行充分混合，得到橙色的水性铝材料。

1.3 测试与表征

1.3.1 FT-IR测试

用傅里叶变换红外光谱仪测定其光谱变化，在波数500～4 000 cm-1光谱内进行扫描，次数为16次，观察改性前后铝颜料表面化学基团变化情况。

1.3.2 耐酸碱性测试

依据石油与化工业部的要求对铝粉的耐酸碱性进行测试。首先称取2份0.1 g铝粉，并将其分别放置在50 ml、pH值为14的0.1 mol/L氢氧化钠溶液和50 ml、0.1 mol/L的氯化氢溶液中，对72 h内所释放的氢气体积进行记录，以氢气的体积大小对铝粉的耐酸碱性能力进行判断。

1.3.3 色差分析

运用美国的Datacolor 色差分析仪对改性及着色前后的铝料颜色变化进行表征。

2 结果与分析

2.1 化学接枝法所制备的彩色铝颜料

2.1.1 改性前后铝粉颜料的FT-IR图

图1是未改性铝粉、红色铝粉和氨基化改性铝粉的FT-IR图。

由图1可知，醇洗后，铝粉粒子表面出现大量裸露的羟基，FT-IR图在3 400 cm-1出现较强伸缩振动峰。未改性铝粉、氨基化改性铝粉和红色铝粉3条曲线的波数在3 400 cm-1左右，透射率呈现明显的下降趋势，即出现—OH特征峰。与未改性的铝粉相比，氨基化改性铝粉的FT-IR曲线在波数为1 100、870 cm-1时，出现了Si—O—Si和Si—OH的特征峰，证实APTES/TEOS协同水解的实现。与改性前后的铝粉进行对比，红色铝粉除了氨基化铝粉的特征外，在波数为1 171、1 030 cm-1时，有磺酸基振动特征峰出现;在波数为1 484、1 448 cm-1时，有苯环振动特征峰出现。由此表明，彩色水性铝颜料中的磺基水杨酸络合铁染料成功接枝到铝颜料的粒子表面。

2.1.2 改性前后铝颜料的耐酸碱性

由于铝颜料中的主要成分铝属于两性金属，遇酸碱会发生化学反应，从而产生氢气，极易发生安全事故。因此铝颜料的耐酸碱性能的好坏十分重要。本文运用化学接枝法，使铝颜料表面覆盖一层薄膜，形成双层结构。这样在保持铝颜料色彩的同时，提高自身的耐酸耐碱性能，增强美术视觉的美感时，同时也使铝颜料更具经济价值。

图2（a）、（b）两图分别为未改性铝粉、红色铝粉和氨基化改性铝粉的耐酸性能和耐碱性能的分析图，其结果是通过对同时间内3个样本释放的H2体积对样品的耐酸、碱性能进行判断。

从图2（a）中可看出，24 h内，改性前的铝颜料在酸溶液中释放的H2体积为95 ml;在24～48 h时，基本没有再释放H2;改性后的铝颜料在酸溶液中放置72 h内，总共释放1.5 ml H2;着色后的铝颜料在酸溶液中放置72 h释放不到1 ml H2。从图2（b）中可看出，改性前的铝颜料在碱溶液中放置72 h可产生104 ml H2;改性后的铝颜料在碱溶液中放置72 h可释放出2 ml H2;着色后的铝颜料在碱溶液中放置72 h可产生1.5 ml H2。从以上分析可证明，由化学接枝法所制备的水性彩色铝颜料，其耐酸、耐碱性能符合国家行业标准。

2.2 原位共聚法所制备的彩色铝颜料

图3为未改性铝粉、橙色铝粉和氨基化改性铝粉的FR-IR分析曲线图。从图3中不难看出曲线a在波数3 430 cm-1时，呈现出Al-OH特征峰，曲线b在波数为1 720 、1 790 cm-1时分别呈现出碳碳双键特征峰和氧羰基特征峰，且在波数为879 、1 095 cm-1时分别呈现出Si—OH特征峰和Si—O—Si特征峰，证明了铝颜料粒子表面覆盖了一层二氧化硅杂化膜;但在曲线c中，仅在波数为1 790 cm-1时呈现出酰氧羰基特征峰，并保留了二氧化硅杂化膜其余特征峰皆消失，从侧面证明了铝颜料粒子表面产生了原位共聚反应。

2.3 色差分析

铝颜料的颜色会随着观察角度的不同产生差异，因此对铝颜料进行包覆改性会对其色彩的呈现产生一定的影响。表1为未改性铝粉、氨基化改性铝粉和橙色铝粉的色差分析表。在表1中，L*表示黑白亮度，即颜色的光泽度;a*表示洋红色到绿色的范围;b*表示黄色到蓝色的范围;c*表示色彩的饱和度，即色彩的鲜艳度。通过公式进行计算。

从表1中不难看出，随着对铝粉进行丙烯双键化和着色，颜色的光泽度虽有所降低，但其鲜艳度有所提高，且使鋁颜料呈现出明亮的橙色，提高了铝颜料的色彩饱和度。

3 结语

本文运用化学接枝法和原位共聚法分别制备了红色和橙色的水性铝颜料，得出：

（1）采用化学接枝法将5-磺基水杨酸络合铁有机染料接枝到铝颜料的粒子表面，具有良好的水性铝颜料性能。

（2）采用原位共聚法将制备的颜料，由于有机物和二氧化硅杂化膜的遮盖，颜料的光泽度有所下降;但色彩饱和度有所提高。

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