CN103468048B - 改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性价比的改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法，其原料组分和重量份数：三聚磷酸铝100份、氧化锌20-50份、含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体30-300份、水200-500份。高性价比的改性三聚磷酸铝是通过改变填料的种类和加入量、不需要再添加其他填料制备而成，然后在进行化学改性反应，使三聚磷酸二氢铝的酸性发生改变，制备得到本颜料产品。经该方法改性的三聚磷酸铝防锈性能优异，能够用于各种树脂体系的防锈涂料中，由于填料价格低廉又是一种物理防锈颜料，因此能显著提高改性三聚磷酸铝颜料的性价比。制备反应条件要求不高，工艺简单，操作容易，易于工业化生产，生产成本较低，经济效益和社会效益较好。

Description

改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法

技术领域

本发明属于防锈颜料制备技术领域，涉及磷酸盐防锈颜料制备的方法，特别涉及一种具有高性价比的改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法。 

背景技术

长期以来，金属防腐蚀涂层中防锈颜料的性能与安全问题一直是人们讨论和研究的焦点，寻找高效、多功能及环境友好的含铅、铬防锈颜料(红丹、锌铬黄)的有效替代品成为国内外颜料行业亟待解决的难题。迄今为止已经研究了的非铅、非铬颜料有磷酸盐、钼酸盐、硼酸盐、铁酸盐、离子交换颜料等，其中磷酸盐系列颜料无论是在品种、性能还是使用范围上都占了重要地位。 

三聚磷酸二氢铝是一种多功能无机材料，外观为白色无毒非挥发性的粉末，难溶于水，属实际无毒产品，可以用做环保型防锈颜料、冰箱除臭剂、固化剂等，早在上世纪八十年代，三聚磷酸二氢铝已被成功开发用于防锈颜料，国内比较有代表的产品型号有APW-Ⅰ，APW-Ⅱ、APW-211等。由于三聚磷酸二氢铝属于路易斯固体酸，酸性度高而酸强度弱，pH在2.1-3.5之间，如果直接用做防锈颜料，会引起树脂胶化，因此必须经过改性，改变其pH在至中性范围，降低其水溶性盐，改性后的产品称之为改性三聚磷酸铝。改性办法是加入碱性或者两性物质，提高其pH值，这些改性剂包括硅酸盐、氧化锌、氢氧化钙或氧化钙等，如果使用硅酸钠作为改性剂，改性的三聚产品会由于含有钠离子而降低防锈效果，而使用氢氧化钙或氧化钙，则会由于氢氧化钙或氧化钙本身难溶，导致改性的产品含有未反应完的氢氧化钙或氧化钙，这些碱性的物质也会导致改性产品的防锈性能下降，而氧化锌本身就可以直接用于涂料，因此采用氧化锌改性的产品最安全和有效，目前大部分的改性三聚磷酸铝产品大多数都是采用氧化锌改性的。然而，氧化锌改性最大的问题是，价格高，为了降低成本，必须加入二氧化硅作为填料，尽管二氧化硅售价较低，但是本身没有防锈性能，所以加入量受到限制，加入过多会降低防锈性能，为了保证颜料的防锈性能，必须控制二氧化硅填料的加入量，因此改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ，APW-Ⅱ售价一直很高，目前价格为1.2万/吨左右，高于大部分树脂的价格，使用的性价比不高，因此在涂料行业，改性三聚磷酸铝一般用于高档涂料，在中低档涂料中使用量很少或者不用，正是这个原因阻碍了改性三聚磷酸铝防锈颜料的大规模推广应用。 

因此，在以氧化锌作为改性剂的改性三聚磷酸铝生产中，寻找合适的填料是在保证其防 锈性能不变的前提下提高改性三聚磷酸铝防锈颜料性价比的必要途径。 

发明内容

本发明的目的是为了克服市场上改性三聚磷酸铝防锈颜料存在着性价比不高的不足，提供一种高性价比的改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法。 

本发明的技术方案为：通过寻找合适的提高改性三聚磷酸铝防锈颜料性价比的方法，通过寻找合适的代替二氧化硅填料的粉体—含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体，对三聚磷酸二氢铝的改性。由于含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体，它既可以用作改性剂又可以用作填料，获得一种用于防腐蚀涂料的高性价比改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

一种改性三聚磷酸铝防锈颜料，主要由原料组分和重量份数：三聚磷酸二氢铝100份、氧化锌：20-50份、水200-500份、含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体30-300份。 

以上所述的一种改性三聚磷酸铝防锈颜料，原料组分和重量份数为：三聚磷酸二氢铝100份、氧化锌25份、含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体80份、水200份。 

以上所述的含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体包括矾浆及以矾浆经加工得到的ST颜料或ST填料。 

以上所述的三聚磷酸二氢铝与含10-30%碱式硫酸铝钾粉体的质量比为：1:0.3-3.0。 

以上所述的一种改性三聚磷酸铝防锈颜料的制备方法，包括两步改性反应、研磨、过滤、洗涤、烘干、粉碎，具体工艺步骤如下： 

(1)两步改性反应：取100份三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入200-500份水，搅拌后加入20-50份氧化锌，在室温-50℃下，搅拌10-20分钟，最后加入含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体30-300份，继续搅拌5-10分钟，得到粘稠物料； 

(2)研磨：将上述粘稠物料倒入球磨机中，研磨20-60分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

本发明的优点和积极效果： 

1、本发明的高性价比的改性三聚磷酸铝的制备方法，通过改变填料的种类，得到改性三聚磷酸铝，与二氧化硅填料相比，含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体本身可以在涂料中就可以用作物理防锈颜料，含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体既可用作填料也可在氧化锌改性剂加入量少的情况下充当改性剂作用使改性更彻底，因此其加入量可以加大，加上价格更低廉，因此可以显著提高改性三聚磷酸铝颜料的性价比。 

2、本发明的高性价比的改性三聚磷酸铝的制备方法中，含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体 既用作填料也可在氧化锌改性剂加入量少的情况下充当改性剂作用使改性更彻底，颜料pH的控制更简易。 

3、本发明用于中低端涂料的改性三聚磷酸铝防锈颜料的制备方法，通过对两种改性物质、两步改性方式的选择，得到的改性三聚磷酸铝防锈颜料，与其他的改性方法相比，将原来的一步改性反应改为两步改性反应，改性反应更彻底。 

4、本发明的高性价比的改性三聚磷酸铝催化剂的制备方法，其反应条件要求不高，工艺简单，操作容易，易于工业化生产，生产成本较低，经济效益和社会效益较好。 

附图说明

附图1是本发明的工艺流程图； 

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。 

一、制备实施例 

实施例1 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌25克，水200克，含30%碱式硫酸铝钾的ST颜料粉体80克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入200克水，搅拌后加入25克氧化锌，在室温下，搅拌15分钟，最后加入含30%碱式硫酸铝钾的ST颜料粉体80克，继续搅拌5分钟，将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨30分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

实施例2 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌40克，水350克，含23%碱式硫酸铝钾的ST填料粉体200克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入350克水，搅拌后加入40克氧化锌，在40℃下，搅拌20分钟，最后加入含23%碱式硫酸铝钾的ST填料粉体200克，继续搅拌10分钟， 将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨50分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

实施例3 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌30克，水200克，含15%碱式硫酸铝钾的矾浆粉体50克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入200克水，搅拌后加入30克氧化锌，在40℃下，搅拌10分钟，最后加入含15%碱式硫酸铝钾的矾浆粉体50克，继续搅拌5分钟，将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨30分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

实施例4 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌50克，水400克，含25%碱式硫酸铝钾的矾浆粉体100克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入400克水，搅拌后加入50克氧化锌，在40℃下，搅拌20分钟，最后加入含25%碱式硫酸铝钾的矾浆粉体100克，继续搅拌10分钟，将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨30分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

实施例5 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌20克，水250克，含30%碱式硫酸铝钾的ST颜料粉体30克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入250克水，搅拌后加入20克氧化锌，在40℃下，搅拌20分钟，最后加入含30%碱式硫酸铝钾的ST颜料粉体30克，继续搅拌10分钟，将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨30分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

实施例6 

1、原料组分和质量数： 

三聚磷酸二氢铝100克，氧化锌20克，水500克，含10%碱式硫酸铝钾的ST填料粉体300克。 

2、制备方法： 

取100克三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入500克水，搅拌后加入20克氧化锌，在40℃下，搅拌20分钟，最后加入含10%碱式硫酸铝钾的ST填料粉体300克，继续搅拌10分钟，将得到粘稠物料倒入球磨机中，研磨30分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。 

二、应用实施例 

应用试验采用改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ、APW-Ⅱ和改性三聚磷酸铝APW-211与本案产品作对比，几种改性三聚磷酸铝防锈颜料分析对比，其结果见表1。改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ、APW-Ⅱ由于使用价格较高的氧化锌为改性剂和二氧化硅作为填料，因此性能好，但价格高。改性三聚磷酸铝APW-211使用硅酸钙作为改性剂，虽然改性剂价格低廉，但加入量不能太大，所以价格降低的幅度不大。本案产品由于在原来使用氧化锌为改性剂的基础上，改用价格便宜的ST颜料/填料（矾浆更便宜）代替价格较高的二氧化硅，且加入量可增大，因此最高预计售价比改性三聚磷酸铝APW-211都低，可以根据客户需要来定配方和价格。防锈性能则是通过在醇酸、酚醛和氯化橡胶树脂三种树脂体系中的防锈性能进行比较，比较结果表明本案产品防锈性能超过改性三聚磷酸铝APW-211，与改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ、APW-Ⅱ相当，价格却都比三者均低，因此是一种具有高性价比的改性三聚磷酸铝产品。 

表1：应用实施例催化剂分析对比结果 

应用实施例1：应用于醇酸树脂制备醇酸防锈漆 

将醇酸树脂、防锈颜料、滑石粉按照100：15：10的质量比混合，经研磨达到45um细 度后，加入松节油调整粘度，在马口铁板上进行涂刷。进行盐水浸泡实验，结果见表2，由表2可以看到，在醇酸树脂体系中，本案产品的防锈性能超过改性三聚磷酸铝APW-211，与改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ、APW-Ⅱ相当。 

表2醇酸涂层在3.5%NaCl溶液中不同浸泡时间的涂层表面情况 

应用实施例2：应用于酚醛树脂制备酚醛防锈漆 

将F01-14酚醛树脂、防锈颜料、滑石粉按照100：15：10的质量比混合，经研磨达到45um细度后，加入松节油调整粘度，在马口铁板上进行涂刷。进行盐水浸泡实验，结果见表3，由表3可以看到，在醇酸树脂体系中，本案产品的防锈性能超过改性三聚磷酸铝APW-211、APW-Ⅰ，与APW-Ⅱ相当。 

表3酚醛涂层在3.5%NaCl溶液中不同浸泡时间的涂层表面情况 

应用实施例3：应用氯化橡胶树脂制备氯化橡胶防腐漆 

按照以下配方制漆：氯化橡胶树脂64克，高色素炭黑3克，湿法绢云母6克，超细硫酸钡8克，防锈颜料6克，分散剂、消泡剂各0.5克，催干剂和稀释剂适量，在树脂中加入颜填料、助剂，搅匀，研磨至要求细度成漆。在钢板上进行涂刷。进行盐水浸泡实验，结果见表4，由表4可以看到，在氯化橡胶树脂体系中，本案产品的防锈性能远远超过改性三聚磷酸铝APW-211，与改性三聚磷酸铝APW-Ⅰ、APW-Ⅱ相当。 

表4涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡过程涂层表面情况 

天数	APW-Ⅰ	APW-Ⅱ	APW-211	本案产品
					1d	涂层完好	涂层完好	涂层完好	涂层完好
3d	涂层完好	涂层完好	涂层完好	涂层完好
					7d	涂层完好	涂层完好	个别小泡	涂层完好
14d	出现小泡	出现小泡	1/3板小泡	出现小泡
					21d	1/4板小泡	1/4板小泡	3/4板泡,小点锈蚀	1/4板小泡
28d	1/3板小泡	1/4板小泡	满板泡,锈蚀增大	1/3板小泡
					35d	2/3板小泡	1/2板小泡	满板泡,锈蚀	2/3板小泡

Claims (4)

1.一种改性三聚磷酸铝防锈颜料，其特征在：主要原料组分和重量份数：三聚磷酸二氢铝100份、氧化锌20-50份、含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体30-300份和水200-500份；

所述的含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体包括矾浆及以矾浆经加工得到的ST颜料或ST填料。

2.根据权利要求1所述的一种改性三聚磷酸铝防锈颜料，其特征在：原料组分和重量份数：三聚磷酸二氢铝100份、氧化锌25份、含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体80份、水200份。

3.根据权利要求1或2所述的一种改性三聚磷酸铝防锈颜料的制备方法，其特征在：所述的三聚磷酸二氢铝和含10-30%碱式硫酸铝钾粉体的重量比为：1:0.3-3.0。

4.根据权利要求1或2所述的一种改性三聚磷酸铝防锈颜料的制备方法，其特征在：包括两步改性反应、研磨、过滤、洗涤、烘干、粉碎，制备改性三聚磷酸铝，工艺步骤如下：

(1)两步改性反应：取100份三聚磷酸二氢铝于烧杯中，加入200-500份水，搅拌后加入20-50份氧化锌，在室温-50℃下，搅拌10-20分钟，最后加入含10-30%碱式硫酸铝钾的粉体30-300份，继续搅拌5-10分钟，得到粘稠物料；

(2)研磨：将上述粘稠物料倒入球磨机中，研磨20-60分钟，按常规方法过滤，洗涤，烘干，粉碎得到粉末状改性三聚磷酸铝防锈颜料。