纳米氧化物包覆羟基磷酸钙防锈颜料的合成与性能

摘要

磷酸盐作为一种新型防锈颜料,除了具有高耐水性和强抗腐蚀性,还具有减震、抗压、耐磨和阻燃等性能。所以作为最具发展前景的防锈颜料而被广泛应用于各种防腐涂料中。现阶段所使用的磷酸盐防锈颜料大多为锌盐和铝盐,由于单纯的磷酸盐自身性质的局限,其作为防锈颜料的防锈性能并不是十分理想,而使用一些其他无机离子比如钙、锶或铁等对其进行掺杂改性后,所得到的改性磷酸盐的防锈性能十分优异。本文作者设想,使用钙改性的磷酸锌防锈能力得到提高,那么使用磷酸钙作为防锈颜料,性能也应该是非常好的,实践证实了这个推论。
　　本文第一步采用常温中和沉淀法合成了羟基磷酸钙。由于磷酸是三元弱酸,合成产物具有多变性和不确定性,所以采用多次实验分别考察酸碱滴定顺序、钙磷比例、酸碱浓度、滴定速度和反应温度对生成产物的影响,并最终确定了制备单物质羟基磷酸钙的最佳条件。采用 XRD、SEM、粒度分析等分析仪器对合成样品的结构和形貌进行了表征。通过分析表明,合成样品为羟基磷酸钙,单个粒子呈小球型,直径在30-50nm,并有规则的排列成棒状。粒度分析得出样品二次粒子的粒度在400-500纳米,分布均匀。将样品制成醇酸水性防锈漆进行耐盐雾实验,发现样品的耐盐雾能力虽然优于市售磷酸锌,但比德国ZPA颜料仍有差距。
　　在制作传统防锈漆的实践中发现,防锈颜料的“复合”和颜料粒径的“搭配”对涂膜性能的影响非常重要。如果选用粒径较大且比较廉价的颜料作为制漆的主料,另一种或几种粒径较小的材料作为分散性辅料,这样就可以达到材料的“复合”和粒径的“搭配”的目的。所以实验第二步对合成的羟基磷酸钙进行纳米材料包覆改性。分别使用用纳米氧化锌、纳米氧化铁和纳米二氧化钛对所合成的羟基磷酸钙进行单元和多元包覆改性,同时加入硫酸钡和滑石粉改善纳米包覆颜料的性能。对合成的样品使用XRD、SEM等进行了表征。XRD分析表明,样品主成分为羟基磷酸钙,并伴随有硫酸钡和硅酸盐的特征峰,SEM照片显示单个粒子仍然呈球型,规则的排列成棒状。将纳米包覆改性的羟基磷酸钙样品制成醇酸水性漆进行防锈应用,结果表明,单一氧化物包覆样品的防锈能力明显优于不包覆样品,但仍逊于德国 ZPA颜料;而多种氧化物包覆样品的防锈能力不仅远高于市售防锈颜料,耐盐雾时间由144 h提高到240 h,与德国进口的ZPA防锈颜料相当。而且成本却只有3000元/T,比市售磷酸锌的8000元/T和德国进口ZPA的6万元分别降低了5000元/T和5.7万元/T。

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第1章 绪 论

1.1 金属腐蚀的危害

1.2 金属腐蚀的种类及金属防腐的措施

1.2.1 金属腐蚀的种类

1.2.2 金属防腐的措施

1.3 防锈颜料的种类

1.4 磷酸盐防锈颜料

1.4.1 三聚磷酸铝

1.4.2 磷酸锌

1.4.3 磷酸钙

1.5 本论文的研究目的和意义

第2章 羟基磷酸钙的制备与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂和实验仪器

2.2.2 羟基磷酸钙的合成

2.3 结果与讨论

2.3.1 羟基磷酸钙的表征

2.3.2 样品的耐盐雾能力

2.3.3 羟基磷酸钙合成条件的探讨

2.3.4 结论

第3章 纳米氧化物包覆羟基磷酸钙的制备与应用

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验主要试剂和仪器

3.2.2 纳米氧化物包覆羟基磷酸钙的合成

3.2.3 无机盐包覆羟基磷酸钙防锈能力的测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 样品的表征

3.3.2 样品的防锈能力

3.3.3 总结

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果