專利名稱：一種無機(jī)物鍵合型鋅粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋅粉制備的方法，特別涉及一種無機(jī)物鍵合型鋅粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
富鋅涂料中成膜物的導(dǎo)電性能差，必須增加鋅粉含量以保證導(dǎo)電性。美國鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會SSPCPaint-20中規(guī)定有機(jī)富鋅涂料鋅粉占干膜質(zhì)量不少于77%，無機(jī)富鋅涂料鋅粉占干膜質(zhì)量不少于74%，因此無論是有機(jī)型還是無機(jī)型涂料，最大的特點(diǎn)是配方中鋅粉含量高，鋅粉的用量占了很大的比例。 腐蝕機(jī)理研究認(rèn)為富鋅底漆中的大量鋅粉能夠與鋼板緊密接觸而起到導(dǎo)電和犧牲陽極的作用，富鋅涂層的保護(hù)作用包括前期陰極保護(hù)作用和后期由于鋅粉腐蝕產(chǎn)生的致密產(chǎn)物堵塞涂層孔隙而導(dǎo)致的屏蔽作用。在腐蝕的前期，通過鋅粉的溶解犧牲對鋼鐵起陰極保護(hù)作用；在后期，隨著鋅粉的腐蝕，在鋅粉顆粒中間沉積了許多腐蝕產(chǎn)物，這些致密而微堿性腐蝕產(chǎn)物不導(dǎo)電，填滿了顏料層，阻擋屏蔽腐蝕因子的透過，即后階段是由屏蔽作用而起防腐蝕效果的。當(dāng)水分侵入到漆膜內(nèi)，鋅粉和鋼基材之間即形成微電池，由于Zn的電化學(xué)電位比Fe負(fù)得多，所以鋅粉優(yōu)先被腐蝕，從而對鋼鐵起到陰極保護(hù)作用。在缺乏電解液的情況下(如干燥或偶爾潤濕的大氣環(huán)境)Zn的腐蝕很慢，沒有陰極保護(hù)作用，鋼鐵是被邊緣屏蔽作用保護(hù)的，也有學(xué)者認(rèn)為，富鋅涂層屏蔽作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電化學(xué)作用，尤其是在早期。目前，國內(nèi)外工程中實(shí)際應(yīng)用的富鋅涂料均屬球鋅涂料，即均以球狀鋅粉為填料。在球鋅涂料中為了追求高的干膜含鋅量，以保證涂層的導(dǎo)通性和使用壽命，料漿中鋅粉的加入量高達(dá)80%以上。如此大量的添加鋅粉已大大超過亞顏料的臨界體積濃度(CPVC)，這時涂層中粘結(jié)劑的量不足以填充球鋅顆粒間的孔隙，這就注定涂層結(jié)構(gòu)的多孔性，孔隙度大，屏蔽性差。同時，涂層中鋅粉含量過高，涂層就易多孔，引起橫向共聚破壞(分層)。所以富鋅涂料作為底漆的時候，必須配合中途漆和面漆使用，而且在涂裝底漆后要隔離水分，否則漆膜容易出現(xiàn)銹斑。富鋅底漆上若再涂覆其它高固體組分面漆，便會使面漆生成起泡的傾向增加。另外若為了增強(qiáng)涂層的防蝕能力而加厚涂膜，會使涂層在干燥過程中產(chǎn)生收縮，從而易出現(xiàn)裂紋的傾向。在施工時也經(jīng)常發(fā)生因球鋅沉淀而造成的堵槍、堵管故障，從而影響了涂裝質(zhì)量和施工效率。同時，由于其干膜含鋅量在80%以上，從而使鋼鐵基材在焊接與切割時產(chǎn)生大量的鋅蒸汽，可能會致使工作人員產(chǎn)生“鋅熱病”。但若干膜含鋅量降至50%以下或采用不含鋅粉的防銹底漆會嚴(yán)重降低涂層的陰極保護(hù)性能和抗蝕性能。目前，國內(nèi)市場上還沒有一種既具有優(yōu)良的抗蝕性能，同時又叉不帶來“鋅熱病”危害的可焊接底漆為了解決球形鋅粉的這一問題，人們將球形鋅粉通過機(jī)械加工等方法轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺钿\粉，發(fā)現(xiàn)片狀的鋅粉與球狀鋅粉相比具有屏蔽作用強(qiáng)、抗沉降性好、鋅粉用量少等優(yōu)點(diǎn)，可以產(chǎn)生“迷宮”效應(yīng)而具有物理防銹作用，從防銹效果來說，比球形鋅粉略勝一籌，但球狀鋅粉比片狀鋅粉更容易分散。重要的是，無論是機(jī)械加工還是電化學(xué)法制備片狀鋅粉，其工藝復(fù)雜，產(chǎn)品價格昂貴，應(yīng)用推廣有一定的難度。有的研究考慮到兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，將球狀鋅粉和片狀鋅粉進(jìn)行復(fù)配使用，防銹性能有一定改善，但要求兩種鋅粉的顆粒大小相匹配、片狀鋅粉的含量占50%左右，實(shí)際上，這種方法分散和成本問題沒有得到很好的解決。有的研究則利用一些表面活性劑吸附在鋅粉表面來改善片狀鋅粉的分散性，但是還未見實(shí)際使用報(bào)道。由于在涂層中的球狀鋅粉球鋅之間是以點(diǎn)接觸的形式存在于涂層，而鋅粉的體積濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 CPVC，粘結(jié)劑不足以填補(bǔ)涂層間的孔隙，從而形成了如圖6所示的多孔隙的涂層結(jié)構(gòu)。這樣，涂層屏蔽性能不好，腐蝕性介質(zhì)很容易沿孔隙滲入，從而導(dǎo)致涂層的過早腐蝕破壞，涂層早期防銹性能差。因此，有必要開發(fā)不影響球形鋅粉的導(dǎo)電作用，在其原有電化學(xué)防銹性能的基礎(chǔ)上增加物理屏蔽性能以提高其綜合防腐蝕性能，得到具有早期防銹良好的球形鋅粉體。目前，制備該無機(jī)化鍵合型鋅粉產(chǎn)品技術(shù)末見報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服球形鋅粉存在的缺陷及不足，提供一種具有優(yōu)良物理屏蔽性能和電化學(xué)防銹性能為一體的無機(jī)物鍵合型球形鋅粉及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明根據(jù)金屬鋅或氧化鋅具有兩性的特性，選用球形鋅粉為研究對象，采用無機(jī)化鍵合方式，以磷酸、氧化鋅為原料制備酸性磷酸鋅溶液，在一定反應(yīng)條件下與鋅粉產(chǎn)生化學(xué)鍵合作用，在球形鋅粉表面生長毛刺狀顆粒，制備出具有屏蔽效應(yīng)的無機(jī)物鍵合型鋅粉。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無機(jī)物鍵合型鋅粉，其原料組成和質(zhì)量份數(shù)為球形鋅粉10 20份、含鋅物料2 12份、磷酸40 120份。以上所述的含鋅物料，包括氧化鋅或次氧化鋅中一種以上。以上所述的磷酸采用市售磷酸。一種無機(jī)物鍵合型鋅粉的制備，包括混合、反應(yīng)、干燥和粉碎工序，具體制備方法將氧化鋅和磷酸加入反應(yīng)釜中，啟動攪拌裝置,混合均勻，使氧化鋅全部溶解,得到酸性磷酸鋅溶液。然后加入球形鋅粉，在室溫或低溫加熱條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，過濾、洗滌到接近中性，干燥，粉碎，過篩得到無機(jī)物鍵合型鋅粉，濾液回收使用。以上所述的室溫為20 35°C，低溫加熱為35 80°C。以上所述的化學(xué)反應(yīng)控制反應(yīng)時間為20 50min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果I.本發(fā)明的制備方法，選用的球形鋅粉經(jīng)過無機(jī)化鍵合處理，得到無機(jī)物化學(xué)鍵合型鋅粉，增加了球形鋅粉的物理屏蔽性能，改善球形鋅粉涂料的早期防腐蝕性能，提高其綜合防銹性能。2.本發(fā)明提供的制備方法，得到的無機(jī)物鍵合型產(chǎn)物，不改變原有鋅粉的導(dǎo)電性能，可以按照原來的配方添加到涂料中使用。3.本發(fā)明的一種無機(jī)物鍵合型鋅粉的制備方法，其反應(yīng)條件要求不高，工藝簡單，操作容易，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且濾液回收使用，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益較好。


圖I :為實(shí)施例I原料球形鋅粉的SEM圖；圖2 :為實(shí)施例I無機(jī)物鍵合型鋅粉產(chǎn)物的SEM圖；圖3 :為實(shí)施例I無機(jī)物鍵合型鋅粉產(chǎn)物的局部放大EDS分析圖；圖4 :為實(shí)施例I無機(jī)物鍵合型鋅粉表面毛刺物組成EDS分析結(jié)果；圖5 :為涂層中無機(jī)物鍵合型鋅粉屏蔽示意圖；圖6 :為原涂層中球形鋅粉孔隙示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，實(shí)施例的描述僅為便于理解本發(fā)明，而非對本發(fā)明保護(hù)的限制。實(shí)施例I原料組成和質(zhì)量數(shù)球形鋅粉10公斤，氧化鋅10公斤，磷酸50公斤。制備方法將磷酸加入不銹鋼反應(yīng)釜中，啟動攪拌裝置，再加入氧化鋅，在25°C室溫下充分溶解，得到酸性磷酸鋅溶液。然后將球形鋅粉加入不銹鋼反應(yīng)釜中，與酸性磷酸鋅溶液混合均勻，在25°C室溫下反應(yīng)40min，然后過濾，并將經(jīng)無機(jī)化反應(yīng)的球形鋅粉洗滌至中性，烘干，粉碎過80目篩，得到無機(jī)物化學(xué)鍵合型鋅粉。實(shí)施例2原料組成和質(zhì)量數(shù)球形鋅粉15公斤，次氧化鋅12公斤，磷酸60公斤。制備方法將磷酸加入不銹鋼反應(yīng)釜中，啟動攪拌裝置，再加入氧化鋅，在30°C溫度下充分溶解，過濾除渣，得到酸性磷酸鋅溶液。然后將球形鋅粉加入不銹鋼反應(yīng)釜中，與酸性磷酸鋅溶液混合均勻，在50°C溫度下反應(yīng)25min，然后過濾，并將經(jīng)無機(jī)化處理改性球形鋅粉洗滌至中性，烘干，粉碎過80目篩，得到無機(jī)物化學(xué)鍵合型鋅粉。實(shí)施例3原料組成和質(zhì)量數(shù)球形鋅粉13. 5公斤，氧化鋅10公斤，磷酸80公斤。制備方法將磷酸加入不銹鋼反應(yīng)釜中，啟動攪拌裝置，再加入氧化鋅，在22°C室溫下充分溶解，過濾除渣，得到酸性磷酸鋅溶液。然后將球形鋅粉加入不銹鋼反應(yīng)釜中，與酸性磷酸鋅溶液混合均勻，在22°C室溫下反應(yīng)45min，然后過濾，并將經(jīng)無機(jī)化反應(yīng)的鋅粉洗滌至中性，烘干，粉碎過80目篩，得到無機(jī)物鍵合型鋅粉。產(chǎn)品結(jié)果球形鋅粉的SEM見圖I，未改性球形鋅粉顆粒為光滑球形顆粒?；瘜W(xué)鍵合型改性球形鋅粉的SEM圖見圖2，在原來光滑球形顆粒上生長了毛刺狀物質(zhì)，取局部放大圖中取毛刺狀顆粒物質(zhì)，進(jìn)行能譜(EDS)分析，結(jié)果見圖3，化學(xué)成分為磷和鋅的化合物，由于含量相對鋅粉少，XRD結(jié)果不明顯故略。無機(jī)鍵合型鋅粉在涂層中屏蔽示意圖見圖5 ;未經(jīng)無機(jī)化處理的球形鋅粉在涂層中孔隙示意圖見圖6。應(yīng)用實(shí)施例將實(shí)施例無機(jī)物鍵合型鋅粉產(chǎn)品和原球形鋅粉用于環(huán)氧樹脂中作質(zhì)量對比，漆膜的制備按照國標(biāo)GB 1765-79進(jìn)行。選用50*120cm鋼板，經(jīng)除油打磨處理后，涂刷上80± IOum涂料，用石蠟封邊，室溫干燥7天后，放入3. 5% NaCl溶液pH = 7中，間隔一定時間取出觀察表面起泡和銹蝕情況，與球形鋅粉對比，防銹性能優(yōu)異。表I為產(chǎn)品應(yīng)用對比結(jié)果表。表2為產(chǎn)品的環(huán)氧鋅粉底漆測試結(jié)果。結(jié)果表明添加實(shí)施例無機(jī)物鍵合型鋅粉的涂層耐鹽水等性能超過普通球型鋅粉，表明實(shí)施例無機(jī)物鍵合型鋅粉不但沒有改變鋅粉原來優(yōu)異的電化學(xué)防銹性能，而且還增加早期防銹性能，從而使得整體防銹性能增加。表I :不同鋅粉在環(huán)氧樹脂中的對比結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種無機(jī)物鍵合型鋅粉，其特征在于原料組成和質(zhì)量份數(shù)為球形鋅粉10 20份、含鋅物料2 12份、磷酸40 120份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無機(jī)物鍵合型鋅粉，其特征在于所述的含鋅物料包括氧化鋅或次氧化鋅中一種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無機(jī)物鍵合型鋅粉，其特征在于所述的磷酸采用市售磷酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無機(jī)物鍵合型鋅粉的制備方法，其特征在于包括混合、反應(yīng)、干燥和粉碎工序，具體制備方法 將含鋅物料和磷酸加入反應(yīng)釜中，啟動攪拌裝置，混合均勻，使氧化鋅全部溶解，得到酸性磷酸鋅溶液； 然后加入球形鋅粉，在室溫或低溫加熱條件下與鋅粉進(jìn)行化學(xué)鍵合反應(yīng)，過濾，將無機(jī) 化處理鋅粉洗滌到接近中性，干燥，粉碎，過篩得到無機(jī)物鍵合型球形，濾液回收使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的室溫為20 35°C，低溫加熱為 35 80°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的化學(xué)反應(yīng)控制反應(yīng)時間為20 50mino
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無機(jī)物鍵合型鋅粉及其制備方法，原料組成和質(zhì)量份數(shù)為球形鋅粉10～20份、含鋅物料2～12份、磷酸40～120份；制備方法是將氧化鋅和磷酸加入反應(yīng)釜中，使氧化鋅全部溶解，得到酸性磷酸鋅溶液，然后加入球形鋅粉，在室溫或低溫加熱條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，過濾、洗滌到接近中性，干燥，粉碎，過篩得到無機(jī)物鍵合型鋅粉，濾液回收使用。本發(fā)明的制備方法得到無機(jī)物化學(xué)鍵合型鋅粉，增加了球形鋅粉的物理屏蔽性能，改善球形鋅粉涂料的早期防腐蝕性能，不改變原有鋅粉的導(dǎo)電性能，提高其綜合防銹性能；其反應(yīng)條件要求不高，工藝簡單，操作容易，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且濾液回收使用，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益較好。
文檔編號B22F1/00GK102672158SQ20121012118
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者楊博, 王璟, 袁愛群, 馬少妹 申請人:廣西民族大學(xué)