CN107033643A - 一种利用泥磷制备防锈涂料的方法 - Google Patents

一种利用泥磷制备防锈涂料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，属于涂料制备技术领域。本发明从泥磷中提取制得无毒磷酸氢钙作为防锈剂，再利用蒙脱土和二氧化硅的屏蔽及吸收紫外线的性能来提高涂料的耐候性，用富含活性基团的水果在微生物的作用下对蒙脱土和二氧化硅改性，制得改性填料，再以硅酸钠、磷酸等为原料制得成膜液后与丙酮、防锈剂、改性填料等研磨混合，即可制得防锈颜料，本发明制得的防锈涂料附着力等级可达0～1级，防锈年限长达8～10年，具有较好的耐候性能，且涂料安全无毒，使用后对环境和人体无伤害，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用泥磷制备防锈涂料的方法
技术领域
本发明公开了一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，属于涂料制备技术领域。
背景技术
金属腐蚀防护方法对提高金属基体使用寿命尤为重要，其中防止金属腐蚀最有效、最常用的方法之一是在金属表面涂敷防锈涂料。目前，防锈涂料是以醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸等高分子树脂类粘合剂为主要原料，同时添加大量填充料和颜料，再加入成膜助剂如固化剂、催干剂、防沉剂、防结皮剂等经充分搅拌和砂磨，并过滤而成。然而，现有防锈涂料所用的原料中，一般都含铅、铬及镉等重金属元素，虽然具有较好的防腐蚀性能，但其本身具有一定的毒性，在生产和使用过程中会污染环境和危害人身健康，同时存在耐候性及遮盖力较差，附着力不强、容易脱落的缺陷。
电炉法制磷生产过程中会产生大量含废气、含磷废水、磷铁、磷渣及泥磷，其中的泥磷是元素磷、粉尘杂质和水在冷凝过程中形成的性质稳定、难于分离的混合物，属于危险固体废物，必须没于水中存放，若处置不当，还易引起二次污染，泥磷的处置问题已成为了黄磷行业的瓶颈。现有泥磷处理处置的方法很多，包括电炉制磷系统自身回收法、直接和间接法提取黄磷法等，在一定程度上回收了泥磷中的磷，但存在磷回收率低、未解决二次污染问题。
随着环保问题成为人们日益关注的焦点，相应出现了一系列环保法规、法律和准则，限制了重金属的防锈涂料的应用，促使涂料业向低毒/无毒、对环境及人体健康影响最小的方向发展。同时，目前也鲜有利用泥磷制备防锈涂料的相关报道。因此，利用泥磷为原料制备一种环保、高效型防锈涂料具有重要的现实意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有防锈涂料虽然具有较好的防腐蚀性能，但含有毒的重金属，具有毒性，会污染环境和危害人身健康，同时存在耐候性及遮盖力较差，附着力不强、容易脱落的缺陷，提供了一种利用泥磷制备防锈涂料的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，将泥磷和盐酸混合，保温搅拌、过滤得到滤液即为粗制磷酸；
（2）将粗制磷酸装入烧杯，用碳酸钙浆料调节pH至1.9～2.0，加热搅拌，过滤得到预处理液，继续用碳酸钙浆料调节预处理液pH至3.0～3.2，得到反应液，向反应液中加入石灰乳，调节反应液pH至5.3～5.5，得到中和反应液，过滤，得到滤饼即为自制防锈剂；
（3）将蒙脱土和二氧化硅混合、研磨得到混合粉末，再将混合粉末和百香果、猕猴桃混合，捣碎得到糊状混合物，将糊状混合物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入沼气液，密封发酵，过滤得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗3～5min后干燥，即得改性填料；
（4）按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量1～3%的磷酸、1.1～1.3%的丙三醇和0.5～0.8%的二乙醇胺，在60～70℃下搅拌反应1～2h，得到成膜液；
（5）按重量份数计，称取50～70份上述成膜液、5～10份丙酮、20～30份自制防锈剂、10～15份改性填料以及1～3份卵凝脂依次加入到胶体磨中，研磨混合3～5h后出料，装罐即得防锈涂料。
所述的泥磷和盐酸的质量比为1:3，盐酸的质量分数为20%，保温搅拌的温度为50～60℃，保温搅拌时间为15～20h。
所述的碳酸钙浆料是将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得，加热搅拌温度为40～50℃，加热搅拌时间为20～24h。
所述的蒙脱土和二氧化硅的质量比为3:1，研磨时间为20～30min，混合粉末和百香果以及猕猴桃的质量比为1:2:1，沼气液的加入量为糊状混合物质量的30%，发酵温度为35～45℃，发酵时间为9～12天。
本发明的有益效果是：
（1）本发明从泥磷中提取制得无毒磷酸氢钙作为防锈剂，利用磷酸氢钙和金属基体发生电化学反应生成一层不导电的磷化膜，保护了金属基体，防止了基体的腐蚀，磷化膜和金属基体间结合成一个多孔的整体结构，使得涂料可以渗透进孔隙中，与磷化膜紧密结合，覆盖力增强且附着力提高，在涂料用量为120～130g/m2条件下，即可达到较好的遮盖效果；
（2）本发明利用蒙脱土和二氧化硅的屏蔽及吸收紫外线的性能来提高涂料的耐候性，用富含活性基团的水果在微生物的作用下对蒙脱土和二氧化硅进行改性，增加其表面活性基团数量，以其作为填料可以增加涂料与基体间的化学键合力，进一步提高了涂料的附着力，本发明制得的防锈涂料不含有毒重金属，使用后不会对人体及环境造成损害，涂料附着力达0～1级，能较好的附着在金属基体表面，起到防锈作用，且本发明防锈涂料耐候性良好，耐人工气候老化等级达0～1级，在海水环境下使用时，防锈年限长达8～10年。
具体实施方式
首先收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，按质量比为1:3将泥磷加入到质量分数为20%盐酸中，加热升温至50～60℃，保温搅拌反应15～20h后过滤去除滤饼，得到滤液即为粗制磷酸，随后将得到的粗制磷酸转入烧杯，将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得碳酸钙浆料，将碳酸钙浆料缓慢加入烧杯中，调节pH至1.9～2.0，并加热升温至40～50℃，以450～500r/min转速搅拌反应20～24h后过滤，到预处理滤液，继续向预处理滤液中加入碳酸钙浆料，调节pH至3.0～3.2，继续搅拌反应9～10h后，得到反应液，再向反应液中缓慢加入石灰乳，调节反应液pH至5.3～5.5，得到中和反应液，将中和反应液用400目滤布过滤，分离得到滤饼，即为自制防锈剂，再将蒙脱土和二氧化硅按质量比为3:1混合后装入球磨罐中球磨20～30min，得到混合粉末，再按质量比为1:2:1将混合粉末和百香果以及猕猴桃放入石臼中捣碎，得到糊状混合物，将所得糊状混合物转入发酵罐中，再向发酵罐中加入糊状混合物质量30%的沼气液，密封罐口后在35～45℃下保温发酵9～12天，待发酵结束后，过滤去除滤液，得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗3～5min后干燥，即得改性填料，再按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量1～3%的磷酸、1.1～1.3%的丙三醇和0.5～0.8%的二乙醇胺，在60～70℃下搅拌反应1～2h，得到成膜液，最后按重量份数计，称取50～70份成膜液、5～10份丙酮、20～30份的自制防锈剂、10～15份的改性填料以及1～3份卵凝脂依次加入到胶体磨中，研磨混合3～5h后出料，装罐即得防锈涂料。
实例1
首先收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，按质量比为1:3将泥磷加入到质量分数为20%盐酸中，加热升温至50℃，保温搅拌反应15h后过滤去除滤饼，得到滤液即为粗制磷酸，随后将得到的粗制磷酸转入烧杯，将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得碳酸钙浆料，将碳酸钙浆料缓慢加入烧杯中，调节pH至1.9，并加热升温至40℃，以450r/min转速搅拌反应20h后过滤，到预处理滤液，继续向预处理滤液中加入碳酸钙浆料，调节pH至3.0，继续搅拌反应9h后，得到反应液，再向反应液中缓慢加入石灰乳，调节反应液pH至5.3，得到中和反应液，将中和反应液用400目滤布过滤，分离得到滤饼，即为自制防锈剂，再将蒙脱土和二氧化硅按质量比为3:1混合后装入球磨罐中球磨20min，得到混合粉末，再按质量比为1:2:1将混合粉末和百香果以及猕猴桃放入石臼中捣碎，得到糊状混合物，将所得糊状混合物转入发酵罐中，再向发酵罐中加入糊状混合物质量30%的沼气液，密封罐口后在35℃下保温发酵9天，待发酵结束后，过滤去除滤液，得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗3min后干燥，即得改性填料，再按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量1%的磷酸、1.1%的丙三醇和0.5%的二乙醇胺，在60℃下搅拌反应1h，得到成膜液，最后按重量份数计，称取50份成膜液、5份丙酮、20份的自制防锈剂、10份的改性填料以及1份卵凝脂依次加入到胶体磨中，研磨混合3h后出料，装罐即得防锈涂料。
首先对船体表面进行抛丸处理，并立即对船体喷涂富锌车间底漆，控制漆膜厚度为0.1μm，待底漆喷涂完成后静置风干，随后将本发明制得的防锈涂料用滚筒刷在风干的漆膜表面进行刷涂工序，待一遍刷涂完成后，静置20min，再进行二次刷涂，共重复刷涂2遍，控制涂膜厚度为1μm，最后待刷涂工序全部完成后，静置养护14h，即可。经检测，本发明制得的防锈涂料不含有毒重金属，使用后不会对人体及环境造成损害，同时本发明防锈涂料附着力达1级，附着力等级较传统防锈涂料提高了1级，能较好的附着在金属基体表面，起到防锈作用，且本发明防锈涂料具有较好的遮盖力，在涂料用量为120g/m2条件下，即可达到较好的遮盖效果，此外，本发明防锈涂料耐候性良好，耐人工气候老化等级达1级，在海水环境下使用时，防锈年限长达8年，与传统防锈涂料相比，防锈年限延长了2年。
实例2
首先收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，按质量比为1:3将泥磷加入到质量分数为20%盐酸中，加热升温至55℃，保温搅拌反应18h后过滤去除滤饼，得到滤液即为粗制磷酸，随后将得到的粗制磷酸转入烧杯，将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得碳酸钙浆料，将碳酸钙浆料缓慢加入烧杯中，调节pH至1.9，并加热升温至45℃，以475r/min转速搅拌反应22h后过滤，到预处理滤液，继续向预处理滤液中加入碳酸钙浆料，调节pH至3.1，继续搅拌反应9h后，得到反应液，再向反应液中缓慢加入石灰乳，调节反应液pH至5.4，得到中和反应液，将中和反应液用400目滤布过滤，分离得到滤饼，即为自制防锈剂，再将蒙脱土和二氧化硅按质量比为3:1混合后装入球磨罐中球磨25min，得到混合粉末，再按质量比为1:2:1将混合粉末和百香果以及猕猴桃放入石臼中捣碎，得到糊状混合物，将所得糊状混合物转入发酵罐中，再向发酵罐中加入糊状混合物质量30%的沼气液，密封罐口后在40℃下保温发酵11天，待发酵结束后，过滤去除滤液，得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗4min后干燥，即得改性填料，再按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量2%的磷酸、1.2%的丙三醇和0.7%的二乙醇胺，在65℃下搅拌反应1h，得到成膜液，最后按重量份数计，称取60份成膜液、8份丙酮、25份的自制防锈剂、13份的改性填料以及2份卵凝脂依次加入到胶体磨中，研磨混合4h后出料，装罐即得防锈涂料。
首先对船体表面进行抛丸处理，并立即对船体喷涂富锌车间底漆，控制漆膜厚度为0.3μm，待底漆喷涂完成后静置风干，随后将本发明制得的防锈涂料用滚筒刷在风干的漆膜表面进行刷涂工序，待一遍刷涂完成后，静置25min，再进行二次刷涂，共重复刷涂2遍，控制涂膜厚度为5μm，最后待刷涂工序全部完成后，静置养护15h，即可。经检测，本发明制得的防锈涂料不含有毒重金属，使用后不会对人体及环境造成损害，同时本发明防锈涂料附着力达0级，附着力等级较传统防锈涂料提高了1级，能较好的附着在金属基体表面，起到防锈作用，且本发明防锈涂料具有较好的遮盖力，在涂料用量为125g/m2条件下，即可达到较好的遮盖效果，此外，本发明防锈涂料耐候性良好，耐人工气候老化等级达0级，在海水环境下使用时，防锈年限长达9年，与传统防锈涂料相比，防锈年限延长了3年。
实例3
首先收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，按质量比为1:3将泥磷加入到质量分数为20%盐酸中，加热升温至60℃，保温搅拌反应20h后过滤去除滤饼，得到滤液即为粗制磷酸，随后将得到的粗制磷酸转入烧杯，将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得碳酸钙浆料，将碳酸钙浆料缓慢加入烧杯中，调节pH至2.0，并加热升温至50℃，以500r/min转速搅拌反应24h后过滤，到预处理滤液，继续向预处理滤液中加入碳酸钙浆料，调节pH至3.2，继续搅拌反应10h后，得到反应液，再向反应液中缓慢加入石灰乳，调节反应液pH至5.5，得到中和反应液，将中和反应液用400目滤布过滤，分离得到滤饼，即为自制防锈剂，再将蒙脱土和二氧化硅按质量比为3:1混合后装入球磨罐中球磨30min，得到混合粉末，再按质量比为1:2:1将混合粉末和百香果以及猕猴桃放入石臼中捣碎，得到糊状混合物，将所得糊状混合物转入发酵罐中，再向发酵罐中加入糊状混合物质量30%的沼气液，密封罐口后在45℃下保温发酵12天，待发酵结束后，过滤去除滤液，得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗5min后干燥，即得改性填料，再按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量3%的磷酸、1.3%的丙三醇和0.8%的二乙醇胺，在70℃下搅拌反应2h，得到成膜液，最后按重量份数计，称取70份成膜液、10份丙酮、30份的自制防锈剂、15份的改性填料以及3份卵凝脂依次加入到胶体磨中，研磨混合5h后出料，装罐即得防锈涂料。
首先对船体表面进行抛丸处理，并立即对船体喷涂富锌车间底漆，控制漆膜厚度为0.5μm，待底漆喷涂完成后静置风干，随后将本发明制得的防锈涂料用滚筒刷在风干的漆膜表面进行刷涂工序，待一遍刷涂完成后，静置30min，再进行二次刷涂，共重复刷涂3遍，控制涂膜厚度为10μm，最后待刷涂工序全部完成后，静置养护16h，即可。经检测，本发明制得的防锈涂料不含有毒重金属，使用后不会对人体及环境造成损害，同时本发明防锈涂料附着力达0级，附着力等级较传统防锈涂料提高了2级，能较好的附着在金属基体表面，起到防锈作用，且本发明防锈涂料具有较好的遮盖力，在涂料用量为130g/m2条件下，即可达到较好的遮盖效果，此外，本发明防锈涂料耐候性良好，耐人工气候老化等级达0级，在海水环境下使用时，防锈年限长达10年，与传统防锈涂料相比，防锈年限延长了4年。

Claims (4)

1.一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集黄磷生产过程中的副产物泥磷，将泥磷和盐酸混合，保温搅拌、过滤得到滤液即为粗制磷酸；
（2）将粗制磷酸装入烧杯，用碳酸钙浆料调节pH至1.9～2.0，加热搅拌，过滤得到预处理液，继续用碳酸钙浆料调节预处理液pH至3.0～3.2，得到反应液，向反应液中加入石灰乳，调节反应液pH至5.3～5.5，得到中和反应液，过滤，得到滤饼即为自制防锈剂；
（3）将蒙脱土和二氧化硅混合、研磨得到混合粉末，再将混合粉末和百香果、猕猴桃混合，捣碎得到糊状混合物，将糊状混合物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入沼气液，密封发酵，过滤得到滤渣，依次用无水乙醇和去离子水冲洗3～5min后干燥，即得改性填料；
（4）按质量比为2:1将水和硅酸钠混合制得硅酸钠溶液，将所得硅酸钠溶液转入烧杯，再向烧杯中加入硅酸钠溶液质量1～3%的磷酸、1.1～1.3%的丙三醇和0.5～0.8%的二乙醇胺，在60～70℃下搅拌反应1～2h，得到成膜液；
（5）按重量份数计，称取50～70份上述成膜液、5～10份丙酮、20～30份自制防锈剂、10～15份改性填料以及1～3份卵凝脂，研磨混合3～5h后出料，装罐即得防锈涂料。
2.根据权利要求1所述的一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，其特征在于：步骤（1）所述的泥磷和盐酸的质量比为1:3，盐酸的质量分数为20%，保温搅拌的温度为50～60℃，保温搅拌时间为15～20h。
3.根据权利要求1所述的一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，其特征在于：步骤（2）所述的碳酸钙浆料是将碳酸钙粉末和水按等质量比混合后制得，加热搅拌温度为40～50℃，加热搅拌时间为20～24h。
4.根据权利要求1所述的一种利用泥磷制备防锈涂料的方法，其特征在于：步骤（3）所述的蒙脱土和二氧化硅的质量比为3:1，研磨时间为20～30min，混合粉末和百香果以及猕猴桃的质量比为1:2:1，沼气液的加入量为糊状混合物质量的30%，发酵温度为35～45℃，发酵时间为9～12天。
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