新型磷酸盐防锈颜料的合成及其在涂料中的应用

发布时间：2020-06-12 11:25

【摘要】：钢铁等金属基材最常见的有效防锈办法是在金属基材表面涂装有机或无机涂层,实现物理或化学防锈来达到防腐蚀的效果。与传统的铅系、铬系防锈颜料相比,磷酸盐系颜料具有无毒环保、价格低廉、耐蚀性好等特点,因此在我国涂料绿色化生产进程中占据重要的地位。本文制备了三种新型磷酸盐:磷酸锌纳米颗粒、多金属磷酸复盐、无机-有机化学键合防锈颜料,并将磷酸锌纳米颗粒和多金属磷酸复盐应用于涂料中探索其的防锈性能,主要研究工作及结论如下:(1)以ZnO与H_3PO_4为原料,通过研磨反应、添加表面活性剂可控合成纳米磷酸锌,采用单因素实验探讨各因素对产物形貌、粒径大小分布的影响,通过SEM、XRD、DLS、FT-IR、TEM等对产物进行表征,并应用于环氧体系涂料中,通过盐雾试验测定其防锈性能并对其防锈机理进行探索。结果表明:当反应条件为表面活性剂CTAB的浓度9×10~(-4)mol·L~(-1),研磨时间3h,锆球为研磨介质,研磨罐中球料比150:1,磨球比例Ф10mm:Ф6mm=1:4,转速200r·min~(-1),固液比为1:1,其平均粒径为68nm,可控合成粒状纳米磷酸锌。盐雾试验表明纳米磷酸锌涂料耐盐雾时间平均为546h,相较于红丹的384h、市售磷酸锌的144h等时间更长,证明制备的纳米级磷酸锌具有优异的耐腐蚀性。涂层表面观察到纳米磷酸锌涂层表面平整致密,具有良好的物理屏蔽防锈性能;纳米磷酸锌颗粒细小均匀、粒径分布窄,在涂料中分散好,贮存性稳定,可减少涂层孔隙,使得涂层细腻致密,更有效地阻止腐蚀性物质的侵入,在化学防锈的基础上增强了物理屏蔽性能。(2)以Zn~(2+)和Fe~(3+)阳离子、PO_4~(3-)和MoO_4~(2-)阴离子为原材料,制备多金属磷酸复盐,采用单因素实验,考察了PO_4~(3-)/MoO_4~(2-)摩尔比、Fe~(3+)/Zn~(2+)摩尔比、反应pH值、反应温度、反应时间等因素对产物中磷酸根、钼酸根含量的影响,并以两者的含量为双指标响应值,采用中心复合设计响应面优化制备工艺条件,通过SEM、XRD、FT-IR等对产物进行表征,并应用于环氧体系涂料中进行盐雾试验测定其防锈性能,并对其机理进行分析。结果表明:不同因素对磷钼酸含量的影响顺序为:阳离子摩尔比反应pH值反应温度反应时间,磷酸根与钼酸根摩尔比5:1,铁锌离子摩尔比0.98:1,pH为6,温度78℃,时间79min时,磷酸根与钼含量分别可达到34.79%和5.15%。所得复合产物进行盐雾试验,耐盐雾时间与红丹接近,比进口同类产品及市售磷酸锌分别高10%和200%,由于阴、阳离子的协同作用,合成的磷酸复盐具有更为优异的性能。(3)以三聚磷酸铝为主体,有机胺类:乙醇胺、松香胺、苯胺为客体,采用水热、超声等方法对三聚磷酸铝进行插层和剥离,将插层的苯胺-三聚磷酸铝中的苯胺氧化成聚苯胺-三聚磷酸铝,并对产物进行XRD、SEM、FT-IR表征,对插层反应机理进行分析,探索无机-有机化学键合型防锈颜料的合成。结果表明:当反应温度150℃,时间2h时,ATP:三乙醇胺=1:1.2(m/m,以下同),溶剂热中乙醇胺均可以插层并剥离ATP。苯胺较优的插层比例为ATP与苯胺质量比为1:0.5,溶剂热反应温度为100℃、反应时间为2h时,超声反应条件时间为6h、温度60℃,都能插层剥离ATP,苯胺氧化反应生成聚苯胺-三聚磷酸铝的无机-有机复合物外观变为墨绿色但仍然保留插层剥离后的片状形貌。而松香胺无法与三聚磷酸铝发生插层反应。
【图文】：

表面活性剂,磷酸锌,平均粒径,研磨介质

通过实验可得，无论采用单一的表面2.1 至图 2.4）还是 OP-10 和 CTAB 复合（结果材质为氧化锆时，磷酸锌研磨产物大部分呈围也比较窄，团聚程度小为软团聚，而磨球的为层状颗粒，颗粒尺寸略大、分布范围较宽且因分布，平均粒径为 1.5μm，最大的尺寸甚至达相似，且填充的效率相同，根据球磨机作用原效率好氧化锆球作为制备纳米磷酸锌的研磨介表 2.3 不同研磨介质对产物的影响（CTAB）粒度分布平均粒径形貌，142nm-712nm，4.8μm-6.4μm1.5μm 块状+粒531nm-1.1μm 728nm 粒状，

SEM图,表面活性剂,研磨介质,粒状

表 2.3 不同研磨介质对产物的影响（CTAB）粒度分布平均粒径形貌，142nm-712nm，，4.8μm-6.4μm1.5μm 块状+粒531nm-1.1μm 728nm 粒状，图 2.1 表面活性剂 CTAB 玛瑙球 DLS 图
【学位授予单位】：广西民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG174.4;TQ630.1

【参考文献】