CN102672158B - 一种无机物键合型锌粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机物键合型锌粉及其制备方法，原料组成和质量份数为：球形锌粉10～20份、含锌物料2～12份、磷酸40～120份；制备方法是将氧化锌和磷酸加入反应釜中，使氧化锌全部溶解，得到酸性磷酸锌溶液，然后加入球形锌粉，在室温或低温加热条件下进行化学反应，过滤、洗涤到接近中性，干燥，粉碎，过筛得到无机物键合型锌粉，滤液回收使用。本发明的制备方法得到无机物化学键合型锌粉，增加了球形锌粉的物理屏蔽性能，改善球形锌粉涂料的早期防腐蚀性能，不改变原有锌粉的导电性能，提高其综合防锈性能；其反应条件要求不高，工艺简单，操作容易，易于工业化生产，且滤液回收使用，生产成本较低，经济效益和社会效益较好。

Description

一种无机物键合型锌粉及其制备方法

技术领域

本发明属于金属粉体制备技术领域，涉及锌粉制备的方法，特别涉及一种无机物键合型锌粉及其制备方法。

背景技术

富锌涂料中成膜物的导电性能差，必须增加锌粉含量以保证导电性。美国钢结构涂装协会SSPCPaint-20中规定：有机富锌涂料锌粉占干膜质量不少于77％，无机富锌涂料锌粉占干膜质量不少于74％，因此无论是有机型还是无机型涂料，最大的特点是配方中锌粉含量高，锌粉的用量占了很大的比例。

腐蚀机理研究认为富锌底漆中的大量锌粉能够与钢板紧密接触而起到导电和牺牲阳极的作用，富锌涂层的保护作用包括前期阴极保护作用和后期由于锌粉腐蚀产生的致密产物堵塞涂层孔隙而导致的屏蔽作用。在腐蚀的前期，通过锌粉的溶解牺牲对钢铁起阴极保护作用；在后期，随着锌粉的腐蚀，在锌粉颗粒中间沉积了许多腐蚀产物，这些致密而微碱性腐蚀产物不导电，填满了颜料层，阻挡屏蔽腐蚀因子的透过，即后阶段是由屏蔽作用而起防腐蚀效果的。当水分侵入到漆膜内，锌粉和钢基材之间即形成微电池，由于Zn的电化学电位比Fe负得多，所以锌粉优先被腐蚀，从而对钢铁起到阴极保护作用。在缺乏电解液的情况下(如干燥或偶尔润湿的大气环境)Zn的腐蚀很慢，没有阴极保护作用，钢铁是被边缘屏蔽作用保护的，也有学者认为，富锌涂层屏蔽作用要远远大于电化学作用，尤其是在早期。

目前，国内外工程中实际应用的富锌涂料均属球锌涂料，即均以球状锌粉为填料。在球锌涂料中为了追求高的干膜含锌量，以保证涂层的导通性和使用寿命，料浆中锌粉的加入量高达80％以上。如此大量的添加锌粉已大大超过亚颜料的临界体积浓度(CPVC)，这时涂层中粘结剂的量不足以填充球锌颗粒间的孔隙，这就注定涂层结构的多孔性，孔隙度大，屏蔽性差。同时，涂层中锌粉含量过高，涂层就易多孔，引起横向共聚破坏(分层)。所以富锌涂料作为底漆的时候，必须配合中途漆和面漆使用，而且在涂装底漆后要隔离水分，否则漆膜容易出现锈斑。富锌底漆上若再涂覆其它高固体组分面漆，便会使面漆生成起泡的倾向增加。另外若为了增强涂层的防蚀能力而加厚涂膜，会使涂层在干燥过程中产生收缩，从而易出现裂纹的倾向。在施工时也经常发生因球锌沉淀而造成的堵枪、堵管故障，从而影响了涂装质量和施工效率。同时，由于其干膜含锌量在80％以上，从而使钢铁基材在焊接与切割时产生大量的锌蒸汽，可能会致使工作人员产生“锌热病”。但若干膜含锌量降至50％以下或采用不含锌粉的防锈底漆会严重降低涂层的阴极保护性能和抗蚀性能。目前，国内市场上还没有一种既具有优良的抗蚀性能，同时又叉不带来“锌热病”危害的可焊接底漆

为了解决球形锌粉的这一问题，人们将球形锌粉通过机械加工等方法转变为片状锌粉，发现片状的锌粉与球状锌粉相比具有屏蔽作用强、抗沉降性好、锌粉用量少等优点，可以产生“迷宫”效应而具有物理防锈作用，从防锈效果来说，比球形锌粉略胜一筹，但球状锌粉比片状锌粉更容易分散。重要的是，无论是机械加工还是电化学法制备片状锌粉，其工艺复杂，产品价格昂贵，应用推广有一定的难度。有的研究考虑到两者的优缺点，将球状锌粉和片状锌粉进行复配使用，防锈性能有一定改善，但要求两种锌粉的颗粒大小相匹配、片状锌粉的含量占50％左右，实际上，这种方法分散和成本问题没有得到很好的解决。有的研究则利用一些表面活性剂吸附在锌粉表面来改善片状锌粉的分散性，但是还未见实际使用报道。由于在涂层中的球状锌粉球锌之间是以点接触的形式存在于涂层，而锌粉的体积浓度远远超过了CPVC，粘结剂不足以填补涂层间的孔隙，从而形成了如图6所示的多孔隙的涂层结构。这样，涂层屏蔽性能不好，腐蚀性介质很容易沿孔隙渗入，从而导致涂层的过早腐蚀破坏，涂层早期防锈性能差。因此，有必要开发不影响球形锌粉的导电作用，在其原有电化学防锈性能的基础上增加物理屏蔽性能以提高其综合防腐蚀性能，得到具有早期防锈良好的球形锌粉体。目前，制备该无机化键合型锌粉产品技术末见报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服球形锌粉存在的缺陷及不足，提供一种具有优良物理屏蔽性能和电化学防锈性能为一体的无机物键合型球形锌粉及其制备方法。

本发明的技术方案是：

本发明根据金属锌或氧化锌具有两性的特性，选用球形锌粉为研究对象，采用无机化键合方式，以磷酸、氧化锌为原料制备酸性磷酸锌溶液，在一定反应条件下与锌粉产生化学键合作用，在球形锌粉表面生长毛刺状颗粒，制备出具有屏蔽效应的无机物键合型锌粉。

本发明是这样实现的：

一种无机物键合型锌粉，其原料组成和质量份数为：球形锌粉10～20份、含锌物料2～12份、磷酸40～120份。

以上所述的含锌物料，包括氧化锌或次氧化锌中一种以上。

以上所述的磷酸采用市售磷酸。

一种无机物键合型锌粉的制备，包括混合、反应、干燥和粉碎工序，具体制备方法：

将氧化锌和磷酸加入反应釜中，启动搅拌装置，混合均匀，使氧化锌全部溶解，得到酸性磷酸锌溶液。然后加入球形锌粉，在室温或低温加热条件下进行化学反应，过滤、洗涤到接近中性，干燥，粉碎，过筛得到无机物键合型锌粉，滤液回收使用。

以上所述的室温为20～35℃，低温加热为35～80℃。

以上所述的化学反应控制反应时间为20～50min。

本发明的优点和积极效果：

1.本发明的制备方法，选用的球形锌粉经过无机化键合处理，得到无机物化学键合型锌粉，增加了球形锌粉的物理屏蔽性能，改善球形锌粉涂料的早期防腐蚀性能，提高其综合防锈性能。

2.本发明提供的制备方法，得到的无机物键合型产物，不改变原有锌粉的导电性能，可以按照原来的配方添加到涂料中使用。

3.本发明的一种无机物键合型锌粉的制备方法，其反应条件要求不高，工艺简单，操作容易，易于工业化生产，且滤液回收使用，生产成本较低，经济效益和社会效益较好。

附图说明

图1：为实施例1原料球形锌粉的SEM图；

图2：为实施例1无机物键合型锌粉产物的SEM图；

图3：为实施例1无机物键合型锌粉产物的局部放大EDS分析图；

图4：为实施例1无机物键合型锌粉表面毛刺物组成EDS分析结果；

图5：为涂层中无机物键合型锌粉屏蔽示意图；

图6：为原涂层中球形锌粉孔隙示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，实施例的描述仅为便于理解本发明，而非对本发明保护的限制。

实施例1

原料组成和质量数：

球形锌粉10公斤，氧化锌10公斤，磷酸50公斤。

制备方法：

将磷酸加入不锈钢反应釜中，启动搅拌装置，再加入氧化锌，在25℃室温下充分溶解，得到酸性磷酸锌溶液。然后将球形锌粉加入不锈钢反应釜中，与酸性磷酸锌溶液混合均匀，在25℃室温下反应40min，然后过滤，并将经无机化反应的球形锌粉洗涤至中性，烘干，粉碎过80目筛，得到无机物化学键合型锌粉。

实施例2

原料组成和质量数：

球形锌粉15公斤，次氧化锌12公斤，磷酸60公斤。

制备方法：

将磷酸加入不锈钢反应釜中，启动搅拌装置，再加入氧化锌，在30℃温度下充分溶解，过滤除渣，得到酸性磷酸锌溶液。然后将球形锌粉加入不锈钢反应釜中，与酸性磷酸锌溶液混合均匀，在50℃温度下反应25min，然后过滤，并将经无机化处理改性球形锌粉洗涤至中性，烘干，粉碎过80目筛，得到无机物化学键合型锌粉。

实施例3

原料组成和质量数：

球形锌粉13.5公斤，氧化锌10公斤，磷酸80公斤。

制备方法：

将磷酸加入不锈钢反应釜中，启动搅拌装置，再加入氧化锌，在22℃室温下充分溶解，过滤除渣，得到酸性磷酸锌溶液。然后将球形锌粉加入不锈钢反应釜中，与酸性磷酸锌溶液混合均匀，在22℃室温下反应45min，然后过滤，并将经无机化反应的锌粉洗涤至中性，烘干，粉碎过80目筛，得到无机物键合型锌粉。

产品结果

球形锌粉的SEM见图1，未改性球形锌粉颗粒为光滑球形颗粒。化学键合型改性球形锌粉的SEM图见图2，在原来光滑球形颗粒上生长了毛刺状物质，取局部放大图中取毛刺状颗粒物质，进行能谱(EDS)分析，结果见图3，化学成分为磷和锌的化合物，由于含量相对锌粉少，XRD结果不明显故略。无机键合型锌粉在涂层中屏蔽示意图见图5；未经无机化处理的球形锌粉在涂层中孔隙示意图见图6。

应用实施例

将实施例无机物键合型锌粉产品和原球形锌粉用于环氧树脂中作质量对比，漆膜的制备按照国标GB 1765-79进行。选用50*120cm钢板，经除油打磨处理后，涂刷上80±10um涂料，用石蜡封边，室温干燥7天后，放入3.5％NaCl溶液pH＝7中，间隔一定时间取出观察表面起泡和锈蚀情况，与球形锌粉对比，防锈性能优异。表1为产品应用对比结果表。表2为产品的环氧锌粉底漆测试结果。结果表明添加实施例无机物键合型锌粉的涂层耐盐水等性能超过普通球型锌粉，表明实施例无机物键合型锌粉不但没有改变锌粉原来优异的电化学防锈性能，而且还增加早期防锈性能，从而使得整体防锈性能增加。

表1：不同锌粉在环氧树脂中的对比结果

表2：环氧锌粉底漆测试结果

指标	标准	实施例1产品	实施例2产品	实施例3产品
					金属含锌量％≥	80	80	80	80
不挥发物％≥	70	70	70	70
					表干h	1	1	1	1
实干h	24	24	24	24
					耐冲击性	3	3	3	3
附着力Mpa＞	6	6	6	6
					耐盐雾性h	600	700	688	676

Claims (1)

1.一种无机物键合型锌粉，其特征在于:原料组成和质量份数为球形锌粉10～20份、含锌物料2～12份、磷酸40～120份；

所述的含锌物料包括氧化锌或次氧化锌中一种以上；

所述的磷酸采用市售磷酸；

所述的无机物键合型锌粉的制备方法，将含锌物料和磷酸加入反应釜中，启动搅拌装置，混合均匀，使氧化锌或次氧化锌全部溶解，得到酸性磷酸锌溶液；然后加入球形锌粉，在室温或低温加热条件下与锌粉进行化学键合反应，过滤，将无机化处理锌粉洗涤到接近中性，干燥，粉碎，过筛得到无机物键合型球形，滤液回收使用；

所述的室温为20～35℃；

所述的低温加热控制温度为35～80℃；

所述的化学键合反应控制反应时间为20～50min。

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