三聚磷酸铝复合生态防锈颜料的制备、表征及应用

摘要

三聚磷酸铝作为一种新型无毒防锈颜料，除了具有耐水性好、抗蚀性强的特点之外，还能增强阻燃、减震、抗压、耐磨等性能，所以广泛应用于不同树脂制成金属板材防护用防腐蚀涂料，是目前最具应用前景的防锈颜料。但是，由于三聚磷酸铝是一种酸强度弱而酸性度大的路易斯固体酸，而水溶性漆所用的树脂多数是羧酸型的，用氨水中和后才溶解于水，因此它是偏碱性的高分子聚合物，如果选用的颜料是酸性的，常有可能促使水溶性漆酸化，发生凝聚以致破坏，所以三聚磷酸铝不能直接用作颜料。目前所生产的三聚磷酸铝产品存在着粒径大、粒度分布范围宽、形貌不规则、原料成本高且生产过程不环保等缺点。此外，由于三聚磷酸铝防锈颜料微溶于水和水解性差，三聚磷酸铝根离子解离速度慢，显效延时，虽然属于长效防锈颜料，但是不能克服‘闪锈’的问题，导致不能全面取代传统有毒的铬系、铅系防锈颜料。
　　为了提高三聚磷酸铝防锈颜料实际防锈性能，必须对其进行改性。本论文主要思路是：第一是调整颗粒尺寸和形貌；第二是化学改性，即增加Zn2+、Ca2+阳离子；第三，制备复合磷酸盐颜料，利用不同种类颜料之间的协同作用，扬长避短，有目的地改善单独体系防锈颜料的性能，既克服了‘闪锈’问题，又体现出了三聚磷酸铝的长效防锈效果。
　　首先制备三聚磷酸铝中间体，在超声环境下与ZnO和Ca(OH)2反应，从而制备出了改性三聚磷酸铝微细粉体。实验中，考察了锌钙比例，反应温度，超声波辐射作用等因素对反应过程和最终产物所产生的影响。并最终确定了制备具有较好分散性的三聚磷酸铝的最优条件。利用XRD、SEM、电化学等分析分析方法对样品的结构和形貌进行了表征和分析。X-射线衍射物相分析表明，样品中同时存在三聚磷酸二氢铝、磷酸锌钙、磷酸锌和磷酸钙和不明物种的衍射峰。而不明物质峰的出现说明此反应不只是简单的物理复合过程，而是新的化学反应发生，从而导致有新的复合磷酸盐生成。SEM形貌观察表明，经超声作用后所得产品为类球形，颗粒粒径为亚微米级。
　　最后通过动态恒电位极化曲线测试漆膜的电化学性能，分析探讨了颜料的防锈机理，在浸泡初期，电流密度变化较大，这种现象说明，在浸渍初期，三聚磷酸铝刚开始分解缓慢，逐步扩散到金属-涂膜界面，才能与Fe2+和Fe3+反应形成保护膜,其解离和扩散需要一定的时间。随着水溶液透过涂层，磷酸锌，磷酸锌钙等逐渐发生了水化作用，与醇酸树脂相互混溶而形成复相，从而减小了涂膜的空隙，进一步提高了涂层的屏蔽保护作用，电流密度趋于平缓。到了后期电流趋于稳定，三聚磷酸铝能持续长期水化解离出络合能力很强的三聚磷酸根离子P30105—与Fe2+和Fe3+具有很强的络合能力，在钢铁表面形成复杂致密的MxFey(PO4)z钝化保护膜，从而钝化金属。应用实验表明，自制颜料比市售防锈颜料具有更好的防锈性能。实验结果表明，改性三聚磷酸铝可以作为优异的生态防锈颜料用于涂料工业。

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第1章 绪 论

1. 1 引言

1. 2 三聚磷酸铝研究进展

1. 3 高效能防锈颜料的制备技术

1. 4 三聚磷酸铝防锈颜料腐蚀抑制性能的电化学研究进展

1. 5 主要研究内容及创新点

1. 6 研究目的及意义

第2章 三聚磷酸铝复合生态防锈颜料的制备和表征

2. 1 前言

2. 2 实验部分

2. 3 结果与讨论

第3章 复合生态防锈颜料的表面改性及其应用

3. 1 引言

3. 2 原料及设备

3. 3 实验过程

3. 4 结果与讨论

3. 5 结论

第4章 样品的实际应用和电化学防锈机理探讨

4. 1 引言

4. 2. 实验部分

4. 3 实验结果与讨论

4. 4 颜料防锈机理的研究

4. 5 结论

第5章 结论及展望

5. 1 结论

5. 2 发展与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的科研成果