作者：Jonathan Doll，效果颜料研究负责人；Michael Venturini，市场总监，涂料；Anthony Rohrer，效果颜料产品专家，太阳化学
粉末涂料除了耐久性和易用性之外，还为涂料工业提供了重要的环境效益。喷涂时不使用溶剂，释放的挥发性有机化合物（VOC）最少，而且喷涂后不粘附在基材上的材料都可以收集起来再使用，造成的浪费也很少。
由于粉末涂料中必须使用无溶剂效果的颜料，因此在加工和处理过程中会产生大量粉尘。对于金属颜料而言，粉尘不仅会造成吸入危害，而且如果产生粉尘云，则可能有爆炸风险。风险随着颜料细度的增加而增加，需要采取特殊的安全防护措施来处理。
在粉末涂料工业中，铝颜料需要小心处理，因为小颗粒的耦合效应和反应意味着铝颜料具有低的最小点火能（MIE）和高的kST值。
MIE和kST分别用来测量点燃粉末或粉尘所需的能量，以及爆炸的强度，通常是粉尘粒径的函数。干燥的粉末状铝颜料，其中位粒径d50可低至5微米，具有较低的MIE（300 bar m/s）。1铝颜料粒径越小，危险越大。
根据当地法规，铝浆、铝粉和铝粒在世界各地的运输和储存规定中都属于特定类别。由于铝粉的反应性质，美国国土安全部将其归类为“感兴趣的化学品”。因此，根据数量的不同，都有具体的指导方针来确保其不被滥用。
北美和欧洲的各个机构也制定了具体的运输指南。铝粉被美国运输部（DOT）归类为危险品，或根据欧洲公路和铁路危险品国际运输协定（ADR/RID）归类为危险品。在中国，591号法令规定了铝粉必须在被认证许可的仓库储存。
铝颜料具有明亮的银灰色金属外观，具体由其亮度（L*）值和光泽度来决定。与球形颜料相比，片状铝粉具有优异的遮盖力。由于其形态，使它在高剪切搅拌（如挤压）下容易弯曲和断裂，并在随后的加工步骤中易与粉末涂料混合。
金属颜料可以干混在粉末涂料中。然而，由于这只是两种粉末之间的物理混合，可能会在粉末涂料的应用过程中造成问题，颜料颗粒和涂料颗粒会由于静电电荷的不同而发生分离，如此便会产生过度喷涂，造成色彩的不连续性而产生废品。
一种称为邦定的工艺通常用于粘结金属颜料与粉末涂料，以解决上述问题。在邦定过程中，粉末涂料被加热至略高于其软化点，并在中剪切力下与效果颜料粘结，使颜料附着在粉末涂料表面。这种工艺使得被涂覆的部件具有出色的颜料定向效果，从而为产品带来了较好的外观。
在其他需要以无溶剂形式使用铝的行业中，例如塑料母粒，铝通常与树脂结合，挤压和干燥以制备成球形物。球形可以减少灰尘，增加MIE，从而降低爆炸的可风险。
如果这种方法可以应用于粉末涂料中的铝颜料，为需要使用精细铝颜料的转换器提供好处。然而，要使之起作用，颗粒需要易碎，并在粉末涂料中分散，而复合树脂则需要与多种不同的粉末涂料体系广泛兼容。
太阳化学公司开发了一种粉末涂料用球状铝粉产品，该产品将精细的（d50=9μm）片状铝颜料与聚酯树脂结合在了一起。这些产品的铝含量为85%，剩下的部分是树脂使配方设计师可以使用这些产品，而不会对粉末涂料基料的树脂含量产生影响。该产品具有很高的易碎性，可通过高剪切干混或邦定工艺混合入大多数聚酯粉末涂料中，呈现出与同等粒径和成分的铝粉邦定制成的涂料相似的外观。
球形铝粉颜料是用一种精细的、片状铝粉制成的，其中位粒径D50为9微米。它们由约85%含量的片状铝粉和15%的聚酯树脂组成。颗粒干燥，直径约5mm。小球的照片如图1所示。
进行高剪切干混时，球状铝粉以底粉总量的1.25%添加到粉末涂料中，并进行混合搅拌。
将这些样品与在相同条件和相同添加量下加入的干混参考铝粉（Benda Lutz Leaping 2081）进行比较。用量为配方总量的1%，使用标准邦定工艺粘结球形铝粉和片状铝分，再将着色粉末涂料基料施涂在不锈钢板上，并根据基料参数进行固化。
60°下的光泽度、亮度（L*）（L*15，在45°入射角和15°逆向反射角测量）和动态色指数（FI），由方程式1确定：
其中，L*45和L*110分别是在45°入射光和45°和110°逆向反射角下测量的明度值。所有颜色均在X-Rite MA-98多角度分光光度计上进行测量。光泽测量是在Elcometer 6015 Novo Gloss IQ光泽计上进行的。
表1显示了参考铝粉和使用同样参考铝粉制成的直径为2 mm的球状铝粉的最小点火能（MIE）。颜料的物理形态改性是少数提高MIE的方法之一，因为它可以降低粉尘浓度和显著增大悬浮颗粒。在标准MIE测试中，仅测试了小于75微米的颗粒。球状铝粉使精细片状铝粉的MIE提高了两个数量级，这是一个实质性的改变。粒径的进一步增加预计会产生更大的MIE值。
该数据非常重要，因为它会影响不同形式铝颜料的运输和储存要求。根据适用的危险品运输法规，粉末涂料用的球状铝粉不属于危险品。与精细铝粉相比，可以大大简化供应链和物流。
新制备的球状铝粉通过邦定达到目前的行业标准，具有重要意义。
图2显示了球状铝粉和参考铝粉（2081）在混合进三缩水甘油异氰尿酸盐（TGIC）固化（a-c）或β-羟基烷基酰胺（HAA）固化（d-f）的聚酯粉末涂料的明度值L*15（a，d，&g）、动态色指数（b，e，&h）和光泽度（c，f，&i）。
图2g-i显示了聚氨酯粉末涂料中球状铝粉的结果。无论是高剪切干混（红色和蓝色柱）还是邦定工艺（绿色和黄色柱），除了比较不同形式的铝粉外，图2还显示了根据所采用掺合方法的不同，涂料外观上的差异性。
我们首先来看看TGIC固化的结果（图2a-c），在该体系中，我们发现球状铝粉具有与2081相似的亮度。更令人惊讶的是，在这个体系中，干混和邦定的球状铝粉比干混或邦定的参考铝粉的动态色指数要出色得多。干混和邦定的球状铝粉均具有相似的光泽度，且两者的光泽都不如邦定的参考样品铝粉（图2c）。在所有情况下，干混参考铝粉在TGIC固化聚酯涂料体系中的动态色指数和光泽度都是最差的。
这些数据表明，球状铝粉可以通过两种不同的方法粘结在一起，以获得与邦定的参考铝粉相当的光亮金属表面。此外，颜色动态数据表明，与参考铝粉相比，球状铝粉在该粉末涂料中具有更好的整体定向效果。事实上，当粉末涂料固化时，树脂的加入可能有助于将铝粉定向为平滑表面。
光泽度最好的是邦定参考铝粉，其次是邦定的球状铝粉。考虑到粉末涂料的光泽度可由体系中的树脂来加强，这就不会特别令人惊讶了。根据树脂的相容性，会得到更光滑的表面效果，加之铝粉出色的定向性，都使得光泽度得到了增加。
如果是这样的话，那么在不同的树脂体系和类别中，预估球状铝粉可能具有不同类型的表现则是不合理的。即使与干混球状铝粉相比，干混参考铝粉的光泽也最差。这表明，球状铝粉可能更好地被粉末涂料中的树脂给润湿了，这有助于推动与粉末涂料的粘结。
图2d-f显示的是HAA固化的结果。在这种情况下，干混球状铝粉具有较高的明度值和动态色指数，同时也具有最高的光泽度。无论采用何种掺合方法，球状铝粉均优于参考铝粉。这可能是由于上述类似的现象造成的，其中球状铝粉中的树脂对铝和粉末涂料基料之间的相互作用产生了积极影响，几乎起到了类似分散剂的作用。
最后，图2g-i显示了铝粉在聚氨酯体系中的结果。在这种情况下，即使将干混球状铝粉与邦定的参考铝粉进行比较，球状铝粉在光学上的性能表现都要更优异。
虽然这些数据表明，球状铝粉可与不同的粉末涂料体系兼容，但对于特定的粉末涂料体系，配方设计师可能仍需要对其性能进行优化。
尽管片状铝粉由于其亮度、不透明度、耐用性和配方灵活性而广泛用于所有的粉末涂料体系中，但它们需要特定的处理和储存技术，以最大限度地提高其外观和使用的安全性。球状铝粉则是一种可以更安全交付的铝粉产品，能用现有的干混或绑定工艺进行粘结，赋予各种粉末涂料相同或更好的外观。球状铝粉还降低了粉尘，并具有更高的MIE，同时保持了铝粉的多功能性和外观优势，使其在粉末涂料制造中，成为了颇具吸引力的选择。
了解更多信息，请发邮件至michael.venturini@sunchemical.com
1 OSHA 3371-08 2009 “Hazard Communication Guidance of Combustible Dusts”
