气相金属氧化物在粉末涂料中的应用
湖北来斯化工新材料有限公司 陈旭峰 梅松
摘 要：本文介绍世界领先的特种化工公司德固赛产品AEROSIL200（气相白炭黑）和AEROXIDE AluC(气相氧化铝)的性能对比以及他们在粉末涂料中的效果应用。
关键词：气相白炭黑A200、氧化铝C、安息角、上粉率、比表面积、床层膨胀率
一 产品基本技术原理
AEROSIL气相二氧化硅是一种无定性二氧化硅，具有极小的原生颗粒粒度，是由氯硅烷在氢氧焰下生成的蓬松高纯度白色粉末，其中文翻译为气溶剂：小到足以空气传播的液体气体离子。粒径在7-40um范围的原生颗粒，所拥有的比表面积范围从380-50m2/g不等。德固赛公司通过这一技术，还开发了AEROXIDE Alu C气相法氧化铝等，这一产品广泛用于粉末涂料中。
AEROSIL和AEROXIDEAlu C气相金属氧化物在粉末涂料中起到的关键作用有提高粉末涂料的自由流动性能，增强存储稳定性、提高边角覆盖效果，同时AEROXIDE Alu C提高摩擦型粉末的正带电性。
二 产品性能优势对比
为了有效的提高自由流动性，应在粉末涂料中加入按重计算（占总量的）0.1-0.3%的AEROSIL气相法氧化物，则能达到整个粉末涂料的高度均一的分散效果。另一种常用的混合方法是粉碎工序结束后通过分级后的干式混合加入气相氧化物。采用此方法有可能残留较大的聚集块。
无论粉末涂料带正电或负点，其静电荷均不会受到不良影响。基于其防潮性，使用疏水基的气相氧化物产品AEROSIL能够保证稳定持久的带电性，常用添加量小于0.5%，这对于粉末涂料在固化过程中的流平性没有不良影响。
采用相同生产工艺的AEROXIDE Alu C具有特殊的、双重性能增强的特性。不同于大多数有很强的负电性倾向的AEROSIL产品，AEROXIDEAlu C具有非常强的正电性倾向。因此，该产品经常被用在摩擦施工的粉末涂料中，不仅可用于提高粉末涂料使用中的正电带电量，以提高沉积或上粉率，而且可以降低在最终粉末涂料中静电的形成，此类静电对涂料的整体流动性能有不良影响。
图1气相法二氧化硅提高自由流动性
（图片源于德固赛公司技术信息TL1340）
左边：含有AEROSIL 200的粉末涂料
右边：不含有气相二氧化硅的粉末涂料
三 测试过程
为了满足现有以及未来粉末涂料的要求，德固赛公司研究中使用了两种不同粒径（细粉末：D50=21.5um/粗粉末：D50=31.0um）并对多种性能进行测试
添加剂的浓度按重量计算，分别设定为细粉末总量的0.5%和粗粉末的0.3%，研究中使用的产品物理性质如下：
表一评定所用的气相二氧化硅和氧化铝
电 产 品
特 性
BET比表面积（m2/g）
压实密度
（g/l）
表面电荷
AEROSIL 200
亲水二氧化硅
200±25
50
负电
AEROXIDE Alu C
亲水氧化铝
100±15
50
正电
1 安息角测试
安息角（AOR）是测定粉末流动性时常用的一个参数，定义为堆面（由粉末降落到另一平面上堆积而成）与平面的之间的夹角。安息角越小，意味着流动性越好。图2为德固赛公司对两种产品（粗粉和细粉）在聚酯粉末体系中的安息角测试数据：
由图表明显的看出，无论是在粗粉或细粉在聚酯粉末中，AEROSIL 200对粉末涂料安息角的影响效果远远大于AEROXIDE Alu C的效果。同时，两种产品也测试空白对照实验，图3 为添加氧化铝与不加氧化铝的空白对照。
由图2可以看出，无论是粗粉或细粉的聚酯粉末涂料中，添加氧化铝对粉末涂料的安息角有明显的减小，进而我们推断添加氧化铝提高了粉末涂料的流动性能。
综合图2和图3来看，德固赛AEROSIL 200对粉末涂料流动性的提高要远远大于氧化铝对粉末涂料的影响。
2 床层膨胀
床层膨胀率（BER）是另一测定粉末流动性时常用的参数，定义为随着穿过的床层的空气速率而发生变化的流化床的高度H与初始固定床的高度H0之比。膨胀率越大，意味着粉末性能、流态化性能以及流动性越好。下图为用于床层膨胀试验的丙烯酸树脂柱
图4用于床层膨胀试验的丙烯酸树脂柱
与安息角试验相比，床层膨胀试验室更好为直接的评定粉末涂料流态化特征的表征方法，图5中显示了在达到20%的床层膨胀时所需空气速率U(cm/s)。在没有二氧化硅或氧化铝的情况下，空气对照速率总是大于1cm/s。通过图中可以看出氧化铝和二氧化硅都有明显改善聚酯粉末的流动性，对于细粉末涂料而言，氧化铝产品比二氧化硅产品更为有效。
3 上粉率
使用一个GEMA手动喷枪和一个直径为30cm距离喷枪20cm铝靶板进行上粉率试验，对每个粉末试样均进行三次试验，每次的起始粉末量为3克，从三次试样的结果（E1、E2、E3）根据下列算式计算平均上粉率E
上粉率E=（E1+E2+E3）/3=(m1+m2+m3)/3.0*1/3
其中E1、E2、E3为涂着到靶板上的粉末量。
采用电晕法对上粉率进行评价，靶板在喷涂后被覆盖的程度越高，则粉末的上粉率越大
表2 在粉末涂料中的上粉率效果(电晕施工)
涂层效率(%)
空白对照
AEROIL 200
AEROXIDE Alu
粗 粉
65
/
78
细 粉
66
77
71
按照上述方法测试，在电晕施工中，上粉率与粉末涂料的粒度有很大关系，在摩擦施工中，氧化铝明显提高了上粉率，且与粉末涂料的粒度无关。
四 结语
1气相白炭黑和氧化铝的加入对粉末涂料有根本性的影响。
2气相白炭黑A200比氧化铝C更能降低粉末涂料的安息角，添加二氧化硅更能提高粉末涂料的流动性。
3气相白炭黑产品的适用性比氧化铝C的更为广泛，产品基本性能优于添加氧化铝后的性能。
湖北来斯化工新材料有限公司 陈旭峰 梅松
摘 要：本文介绍世界领先的特种化工公司德固赛产品AEROSIL200（气相白炭黑）和AEROXIDE AluC(气相氧化铝)的性能对比以及他们在粉末涂料中的效果应用。
关键词：气相白炭黑A200、氧化铝C、安息角、上粉率、比表面积、床层膨胀率
一 产品基本技术原理
AEROSIL气相二氧化硅是一种无定性二氧化硅，具有极小的原生颗粒粒度，是由氯硅烷在氢氧焰下生成的蓬松高纯度白色粉末，其中文翻译为气溶剂：小到足以空气传播的液体气体离子。粒径在7-40um范围的原生颗粒，所拥有的比表面积范围从380-50m2/g不等。德固赛公司通过这一技术，还开发了AEROXIDE Alu C气相法氧化铝等，这一产品广泛用于粉末涂料中。
AEROSIL和AEROXIDEAlu C气相金属氧化物在粉末涂料中起到的关键作用有提高粉末涂料的自由流动性能，增强存储稳定性、提高边角覆盖效果，同时AEROXIDE Alu C提高摩擦型粉末的正带电性。
二 产品性能优势对比
为了有效的提高自由流动性，应在粉末涂料中加入按重计算（占总量的）0.1-0.3%的AEROSIL气相法氧化物，则能达到整个粉末涂料的高度均一的分散效果。另一种常用的混合方法是粉碎工序结束后通过分级后的干式混合加入气相氧化物。采用此方法有可能残留较大的聚集块。
无论粉末涂料带正电或负点，其静电荷均不会受到不良影响。基于其防潮性，使用疏水基的气相氧化物产品AEROSIL能够保证稳定持久的带电性，常用添加量小于0.5%，这对于粉末涂料在固化过程中的流平性没有不良影响。
采用相同生产工艺的AEROXIDE Alu C具有特殊的、双重性能增强的特性。不同于大多数有很强的负电性倾向的AEROSIL产品，AEROXIDEAlu C具有非常强的正电性倾向。因此，该产品经常被用在摩擦施工的粉末涂料中，不仅可用于提高粉末涂料使用中的正电带电量，以提高沉积或上粉率，而且可以降低在最终粉末涂料中静电的形成，此类静电对涂料的整体流动性能有不良影响。
图1气相法二氧化硅提高自由流动性
（图片源于德固赛公司技术信息TL1340）
右边：不含有气相二氧化硅的粉末涂料
三 测试过程
为了满足现有以及未来粉末涂料的要求，德固赛公司研究中使用了两种不同粒径（细粉末：D50=21.5um/粗粉末：D50=31.0um）并对多种性能进行测试
添加剂的浓度按重量计算，分别设定为细粉末总量的0.5%和粗粉末的0.3%，研究中使用的产品物理性质如下：
表一评定所用的气相二氧化硅和氧化铝
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电 产 品 |
特 性 |
BET比表面积（m2/g） |
压实密度 （g/l） |
表面电荷 |
|
AEROSIL 200 |
亲水二氧化硅 |
200±25 |
50 |
负电 |
|
AEROXIDE Alu C |
亲水氧化铝 |
100±15 |
50 |
正电 |
1 安息角测试
安息角（AOR）是测定粉末流动性时常用的一个参数，定义为堆面（由粉末降落到另一平面上堆积而成）与平面的之间的夹角。安息角越小，意味着流动性越好。图2为德固赛公司对两种产品（粗粉和细粉）在聚酯粉末体系中的安息角测试数据：
综合图2和图3来看，德固赛AEROSIL 200对粉末涂料流动性的提高要远远大于氧化铝对粉末涂料的影响。
2 床层膨胀
床层膨胀率（BER）是另一测定粉末流动性时常用的参数，定义为随着穿过的床层的空气速率而发生变化的流化床的高度H与初始固定床的高度H0之比。膨胀率越大，意味着粉末性能、流态化性能以及流动性越好。下图为用于床层膨胀试验的丙烯酸树脂柱
图4用于床层膨胀试验的丙烯酸树脂柱
与安息角试验相比，床层膨胀试验室更好为直接的评定粉末涂料流态化特征的表征方法，图5中显示了在达到20%的床层膨胀时所需空气速率U(cm/s)。在没有二氧化硅或氧化铝的情况下，空气对照速率总是大于1cm/s。通过图中可以看出氧化铝和二氧化硅都有明显改善聚酯粉末的流动性，对于细粉末涂料而言，氧化铝产品比二氧化硅产品更为有效。
使用一个GEMA手动喷枪和一个直径为30cm距离喷枪20cm铝靶板进行上粉率试验，对每个粉末试样均进行三次试验，每次的起始粉末量为3克，从三次试样的结果（E1、E2、E3）根据下列算式计算平均上粉率E
上粉率E=（E1+E2+E3）/3=(m1+m2+m3)/3.0*1/3
其中E1、E2、E3为涂着到靶板上的粉末量。
采用电晕法对上粉率进行评价，靶板在喷涂后被覆盖的程度越高，则粉末的上粉率越大
表2 在粉末涂料中的上粉率效果(电晕施工)
|
涂层效率(%) |
空白对照 |
AEROIL 200 |
AEROXIDE Alu |
|
粗 粉 |
65 |
/ |
78 |
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细 粉 |
66 |
77 |
71 |
四 结语
1气相白炭黑和氧化铝的加入对粉末涂料有根本性的影响。
2气相白炭黑A200比氧化铝C更能降低粉末涂料的安息角，添加二氧化硅更能提高粉末涂料的流动性。
3气相白炭黑产品的适用性比氧化铝C的更为广泛，产品基本性能优于添加氧化铝后的性能。
参考文献：
《气相金属氧化物用于粉末涂料TL1340》;德固赛公司
, : 宋体; PAD: 0px">克，从三次试样的结果（E1、E2、E3）根据下列算式计算平均上粉率E上粉率E=（E1+E2+E3）/3=(m1+m2+m3)/3.0*1/3
其中E1、E2、E3为涂着到靶板上的粉末量。
采用电晕法对上粉率进行评价，靶板在喷涂后被覆盖的程度越高，则粉末的上粉率越大
表2 在粉末涂料中的上粉率效果(电晕施工)
|
涂层效率(%) |
空白对照 |
AEROIL 200 |
AEROXIDE Alu |
|
粗 粉 |
65 |
/ |
78 |
|
细 粉 |
66 |
77 |
71 |
四 结语
1气相白炭黑和氧化铝的加入对粉末涂料有根本性的影响。
2气相白炭黑A200比氧化铝C更能降低粉末涂料的安息角，添加二氧化硅更能提高粉末涂料的流动性。
3气相白炭黑产品的适用性比氧化铝C的更为广泛，产品基本性能优于添加氧化铝后的性能。
参考文献：
《气相金属氧化物用于粉末涂料TL1340》;德固赛公司
, : 宋体; PAD: 0px">克，从三次试样的结果（E1、E2、E3）根据下列算式计算平均上粉率E上粉率E=（E1+E2+E3）/3=(m1+m2+m3)/3.0*1/3
其中E1、E2、E3为涂着到靶板上的粉末量。
采用电晕法对上粉率进行评价，靶板在喷涂后被覆盖的程度越高，则粉末的上粉率越大
表2 在粉末涂料中的上粉率效果(电晕施工)
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涂层效率(%) |
空白对照 |
AEROIL 200 |
AEROXIDE Alu |
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粗 粉 |
65 |
/ |
78 |
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细 粉 |
66 |
77 |
71 |
四 结语
1气相白炭黑和氧化铝的加入对粉末涂料有根本性的影响。
2气相白炭黑A200比氧化铝C更能降低粉末涂料的安息角，添加二氧化硅更能提高粉末涂料的流动性。
3气相白炭黑产品的适用性比氧化铝C的更为广泛，产品基本性能优于添加氧化铝后的性能。
参考文献：
《气相金属氧化物用于粉末涂料TL1340》;德固赛公司
粉末涂料阻燃剂
None