纳米CaZn(PO)生态防锈颜料的制备、表征及应用

摘要

磷酸锌作为一种性能优良的无毒防锈颜料，由于其具有耐水性好、抗蚀性强的特点，又有阻化、闪光效果，因此，已被广泛用于油性和水性涂料中并对钢结构提供保护作用，是目前用量最大、应用最广泛的生态型防锈颜料。长期以来，国内外科学工作者以含铅、铬（Ⅵ）等有毒重金属防锈颜料的社会公害问题为背景，对磷酸锌无毒防锈颜料进行了大量的科学研究。
　　 但是，目前所生产的磷酸锌产品存在着颗粒粒径大，粒度分布不均匀，形状不规则，原料成本高等缺点。此外，一方面，由于磷酸锌防锈颜料的溶解度低和水解性差，导致颜料的防锈活性不高；另一方面，由于颜料显效延时，即形成有效保护膜的速度太慢，不能用于临时性保护涂料的各种保养底漆中和克服所谓的“闪锈”问题。所以，磷酸锌防锈颜料的开发应用受到了很大限制，无法全面取代传统的有毒防锈颜料。
　　 为了达到全面取代传统的含铅、铬等有毒重金属防锈颜料的目的，必须对磷酸锌进行改性，从而提高磷酸锌系防锈颜料的活性，其基本途径有以下四种：第一是调整颗粒尺寸和形貌；第二，盐基化，即制备碱式水合正磷酸锌；第三，化学改性，即增加阳离子或增加阴离子或同时增加阳离子和阴离子；第四，与其它防锈颜料进行组合，形成组合防锈颜料。
　　 本文采用一种新的合成方法——超声化学沉淀两步反应法合成了纳米磷酸锌钙产品，以ZnO、Ca（OH），2为原料，首先在超声波辐射作用下合成出了中间产物——Ca[Zn（OH）3]2·2H2O，再利用化学沉淀法与稀磷酸按化学计量比进行反应，从而制备出了CaZn2（PO4）2纳米粉体。实验中，考察了反应温度、反应时间、搅拌速度、沉淀剂滴加速度、超声辐射作用以及超声辐射时间等因素对反应过程和最终产物所产生的影响，并找出了制备具有较好分散性的纳米磷酸锌钙粉体的最佳工艺。借助于XRD、SEM、TEM、TG、IR等分析方法对中间体和最终产物的结构和形貌进行了表征和分析。X-射线衍射物相分析和红外光谱分析表明，产品为磷酸锌钙。SEM和TEM形貌观察表明，经超声作用后所得产品为球形，最小颗粒粒径在50nm左右。此外，我们还对实验过程的反应机理和超声波的作用原理进行了分析研究。在本实验中通过两个途径来提高防锈颜料的活性：一是通过超声辐射作用来减小颗粒尺寸，从而合成出纳米颜料颗粒，粒径分布狭窄且分散性非常好：二是通过增加Ca2+进行本体掺杂。该方法具有工艺简单先进，能耗小，易于实现工业化；而且生产成本低，产品附加值高，对环境友好。
　　 最后，将合成出的纳米磷酸锌钙应用于醇酸树脂水性漆中测其防锈性能，并通过SEM、XRD等技术对漆膜和金属表面进行表征，分析探讨颜料的防锈机理。配漆试验表明，采用本方法制备的纳米磷酸锌钙防锈颜料比市售正磷酸锌具有更好的防锈性能，其防锈效果同锌铬黄相似，从而避免了原来防锈体系中使用有毒颜料，实现了水性漆防锈颜料体系的无毒化，是一种非常具有开发前景的无毒防锈颜料品种。而防锈机理研究结果表明，在与涂层相邻的金属表面生成了一层复杂致密的保护膜覆盖在金属表面。此外，Ca2+、Zn2+离子可以和树脂形成难溶性的络合物，作为阴极抑制剂来抑制阴极电化学反应，起到保护基体的作用，从而达到防锈的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章综述

1.1引言

1.2磷酸锌防锈颜料

1.3磷酸锌颜料的研究现状及发展

1.3.1调整颗粒尺寸和形貌

1.3.2盐基化

1.3.3化学改性

1.3.4组合颜料

1.4纳米磷酸锌钙粉体的表征

1.4.1.化学组成表征

1.4.2晶态表征

1.4.3粒度表征

1.4.4团聚体表征

1.4.5涂层表面及颜料分散情况表征

1.5前景与展望

1.6本文研究的内容、目的及意义

第2章纳米磷酸锌钙生态防锈颜料的制备、表征及反应机理研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂和仪器

2.2.2样品的制备过程

2.2.3样品表征

2.3结果与讨论

2.3.1产品的XRD物相分析

2.3.2产品形貌分析

2.3.3红外光谱分析

2.3.4热重分析

2.3.5中间体的XRD物相分析

2.3.6搅拌时间和超声时间对中间体的影响

2.3.7反应机理探讨

2.3.8超声波作用原理分析

2.3.9其它影响因素

2.4结论

第3章纳米磷酸锌钙生态防锈颜料产品的应用及防锈机理研究

3.1引言

3.2纳米磷酸锌钙防锈颜料的应用

3.2.1实验部分

3.2.2结果与讨论

3.2.3结论

3.3颜料的防锈机理研究

3.3.1实验方法

3.3.2结果与讨论

3.3.3防锈机理探讨

3.3.4结论

3.4 结论

第4章 结论

参考文献

附录

致谢