CN110628242A - 一种磷酸锌的有机包覆改性方法 - Google Patents

一种磷酸锌的有机包覆改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷酸锌的有机包覆改性方法，以改善磷酸锌防锈颜料在树脂中界面相容性，从而提高涂层的屏蔽性能。本发明涉及一种磷酸锌颜料的脲醛树脂包覆技术，所述技术包括：(1)碱性条件下制备脲醛树脂预聚体溶液；(2)按比例混合，分散磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体溶液；(3)在酸性作用下，对磷酸锌进行脲醛树脂包覆。该包覆技术工艺简单，无污染型废液产生，与未包覆磷酸锌相比，表面形成一层脲醛树脂包覆层，明显改善颜料与树脂的界面相容性，对提高涂层性能具有一定促进作用。

Description

一种磷酸锌的有机包覆改性方法
技术领域
本发明涉及一种磷酸锌的有机包覆改性方法。
背景技术
金属材料的腐蚀造成了材料的极大浪费。防护涂料能够有效地提高金属材料的耐腐蚀性能,因而防护涂料广泛应用于金属器材表面。带有防护涂料的器材一部分应用于含水环境下，如船舶，海上油田，地下天然气管道等，一般防护涂层很难克服含水环境下的苛刻条件。
因此把具有一定功能活性的颜料添加到涂料中，以增加涂层寿命，减伤维修成本。其中，铬酸盐、铅系颜料毒性较大，钼酸盐、偏硼酸盐颜料成本过高，因而无毒，低成本的磷酸锌颜料发展迅速。
但是，磷酸锌颜料本身为多结晶水无机物，本身与有机树脂相容性差，与树脂界面存在较大缝隙缺陷，一定程度上降低涂层的屏蔽性能。因此需要对磷酸锌进行改性处理，以提高其在涂料中的应用性。
目前，对磷酸锌的改性主要集中在化学改性，即改变磷酸锌本身物质结构，引入活性阳离子或者阴离子(如磷酸锌锂，磷钼酸锌等)，以提高改性磷酸锌的溶解性，来增强其缓蚀性能。但此种改性方式并不能解决与涂层的相容性，涂层中仍会存在较大缺陷。
对于磷酸锌的有机改性，尚未见报道。原因在于普通无机颜料的改性需要活性基团(如活性羟基，活性羧基等)，主要改性反应如图1中a所示。而磷酸锌表面不具有活性基团(磷酸锌化学式结构如图1中b所示)，有机改性一直处于无进展状态。
因此，开发一种能改善磷酸锌与树脂界面相容性的颜料表面有机包覆技术，对涂料颜料领域有很大的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种磷酸锌的有机包覆改性方法，以改善磷酸锌颜料与涂层的相容性，提高涂层屏蔽性能。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种磷酸锌的有机包覆改性方法，所述方法包括以下步骤，
(1)、制备脲醛树脂预聚体溶液；
(2)、分散磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体溶液；
(3)、对磷酸锌进行脲醛树脂包覆。
优选的，所述步骤(1)中制备脲醛树脂预聚体溶液的步骤为，
a、取量取5.0～15.0ml甲醛溶液和2.0～10.0g脲素，搅拌溶解得到无色透明溶液；
b、滴加三乙醇胺数滴，调节pH在7.5～10.5之间，50～80℃下搅拌反应若干小时，制备得到脲醛树脂预聚体溶液。
优选的，所述步骤(2)中分散磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体溶液的具体步骤为，
a、称量若干质量的磷酸锌颜料，加入到50.0ml去离子水中，混合置于120ml平底烧瓶中，搅拌下滴加数滴三乙醇胺，至悬浮液pH为7.5～10.5之间，得到碱性磷酸锌悬浮液；
b、把步骤(1)中完全溶解的无色透明溶液加入到配置的碱性磷酸锌悬浮液中，加入间苯二酚0.2～0.8g，搅拌分散，得到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液。
优选的，所述步骤(3)中对磷酸锌进行脲醛树脂包覆的具体步骤为，
a、把步骤(2)中得到的磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液置于室温下不断搅拌；
b、取pH为1.0～4.0的磷酸水溶液，缓慢滴加到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液中，至混合悬浮液pH到1.5～6.5之间，停止滴加；
c、滴加完毕后，升温至50～80℃，搅拌反应若干小时，得到脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液；
d、对脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液进行抽滤，得到酸性脲醛树脂包覆磷酸锌，用120mL去离子水分5次洗涤产物，至洗液pH为6.0～7.0，洗涤产物至于60℃烘箱中干燥，得到最终产物脲醛树脂包覆磷酸锌。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明制备的脲醛树脂包覆磷酸锌表面具有一层脲醛树脂有机层。
2、本发明制备的脲醛树脂包覆磷酸锌添加到涂料中，能够有效改善磷酸锌颜料与涂层之间的相容性，减少颜料/树脂界面缺陷，从而延长涂层寿命。
3、本发明对实验条件要求简单，无污染型废液产生，环保并节约经济成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为普通无机颜料的改性示意图及磷酸锌化学结构式。
图2为普通磷酸锌与脲醛树脂包覆磷酸锌对比形貌。a为普通磷酸锌形貌，b为脲醛树脂包覆磷酸锌形貌。
图3为普通磷酸锌、脲醛树脂包覆磷酸锌与树脂间相容性对比形貌。a为普通磷酸锌与树脂界面状态形貌，b为脲醛树脂包覆磷酸锌与树脂界面状态形貌。
图4为普通磷酸锌涂料、脲醛树脂包覆磷酸锌涂料电化学阻抗谱测试结果。a为普通磷酸锌涂料电化学阻抗谱测试结果，b为脲醛树脂包覆磷酸锌涂料电化学阻抗谱测试结果。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
取量取8.0ml甲醛溶液和4.0g脲素，搅拌溶解得到无色透明溶液。
滴加三乙醇胺数滴，调节pH至8.5，70℃下搅拌反应1h，制备脲醛树脂预聚体溶液。
称量10.0g磷酸锌颜料，加入到50.0ml去离子水中，混合置于120ml平底烧瓶中，搅拌下滴加数滴三乙醇胺，至悬浮液pH至8.5，得到碱性磷酸锌悬浮液。
把脲醛树脂预聚体溶液加入到配置的碱性磷酸锌悬浮液中，加入间苯二酚0.4g，搅拌分散，得到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液。
得到的磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液至于室温下不断搅拌。
取pH为1.0的磷酸水溶液，缓慢滴加到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液中，至混合悬浮液pH为2.5，停止滴加。
滴加完毕后，升温至60℃，搅拌反应3h，得到脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液。
对脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液进行抽滤，得到酸性脲醛树脂包覆磷酸锌，用120mL去离子水分5次洗涤产物，至洗液pH为6.0，洗涤产物至于60℃烘箱中干燥，得到最终产物脲醛树脂包覆磷酸锌。
实施例2
取量取9.0ml甲醛溶液和5.0g脲素，搅拌溶解得到无色透明溶液。
滴加三乙醇胺数滴，调节pH至9.0，70℃下搅拌反应1h，制备脲醛树脂预聚体溶液。
称量10.0g磷酸锌颜料，加入到50.0ml去离子水中，混合置于120ml平底烧瓶中，搅拌下滴加数滴三乙醇胺，至悬浮液pH至9.0，得到碱性磷酸锌悬浮液。
把脲醛树脂预聚体溶液加入到配置的碱性磷酸锌悬浮液中，加入间苯二酚0.5g，搅拌分散，得到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液。
得到的磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液至于室温下不断搅拌。
取pH为1.5的磷酸水溶液，缓慢滴加到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液中，至混合悬浮液pH至3.0，停止滴加。
滴加完毕后，升温至60℃，搅拌反应3h，得到脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液。
对脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液进行抽滤，得到酸性脲醛树脂包覆磷酸锌，用120mL去离子水分5次洗涤产物，至洗液pH为6.5，洗涤产物至于60℃烘箱中干燥，得到最终产物脲醛树脂包覆磷酸锌。
实施例3
取量取8.0～10.0ml甲醛溶液和6.0g脲素，搅拌溶解得到无色透明溶液。
滴加三乙醇胺数滴，调节pH至9.5，70℃下搅拌反应1h，制备脲醛树脂预聚体溶液。
称量10.0g磷酸锌颜料，加入到50.0ml去离子水中，混合置于120ml平底烧瓶中，搅拌下滴加数滴三乙醇胺，至悬浮液pH至9.5，得到碱性磷酸锌悬浮液。
把脲醛树脂预聚体溶液加入到配置的碱性磷酸锌悬浮液中，加入间苯二酚0.6g，搅拌分散，得到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液。
得到的磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液至于室温下不断搅拌。
取pH为2.0的磷酸水溶液，缓慢滴加到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液中，至混合悬浮液为4.5，停止滴加。
滴加完毕后，升温至60℃，搅拌反应3h，得到脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液。
对脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液进行抽滤，得到酸性脲醛树脂包覆磷酸锌，用120mL去离子水分5次洗涤产物，至洗液pH为7.0，洗涤产物至于60℃烘箱中干燥，得到最终产物脲醛树脂包覆磷酸锌。
对普通磷酸锌和脲醛树脂包覆磷酸锌进行扫描电镜(SEM)实验，形貌状态如图2。
扫描结果显示，普通磷酸锌表面光滑，脲醛树脂包覆磷酸锌表面有一层树脂覆盖物。
对普通磷酸锌和脲醛树脂包覆磷酸锌进行能谱分析(EDS)，测试结果如表1。
表1普通磷酸锌和脲醛树脂包覆磷酸锌能谱分析结果
能谱结果表明，经过包覆处理后，磷酸锌表面能够包覆一层脲醛树脂。
把普通磷酸锌和脲醛树脂包覆磷酸锌添加到涂料中，观测两种颜料与树脂之间的界面情况，界面形貌如图3。
扫描结果显示，普通磷酸锌与树脂之间存在较大缝隙，而包覆脲醛树脂的磷酸锌与树脂之间无明显缝隙存在。
对添加10％(固体质量分数)普通磷酸锌和尿醛树脂包覆磷酸锌的涂料进行电化学阻抗谱测试，测试结果如图4。
阻抗谱测试结果显示，普通磷酸锌涂层在23h时，低频阻抗模值已经降低到7.12×107Ω·cm2，而脲醛树脂包覆磷酸锌涂层在706h时，低频阻抗模值才降低到5.30×108Ω·cm2，说明脲醛树脂包覆磷酸锌能提高涂层的屏蔽性能，尿醛树脂包覆磷酸锌涂层的耐蚀性能明显高于普通磷酸锌。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种磷酸锌的有机包覆改性方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
(1)、制备脲醛树脂预聚体溶液；
(2)、分散磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体溶液；
(3)、对磷酸锌进行脲醛树脂包覆。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸锌的有机包覆改性方法，其特征在于：所述步骤(1)中制备脲醛树脂预聚体溶液的步骤为，
a、取量取5.0～15.0ml甲醛溶液和2.0～10.0g脲素，搅拌溶解得到无色透明溶液；
b、滴加三乙醇胺数滴，调节p H在7.5～10.5之间，50～80℃下搅拌反应若干小时，制备得到脲醛树脂预聚体溶液。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸锌的有机包覆改性方法，其特征在于：所述步骤(2)中分散磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体溶液的具体步骤为，
a、称量若干质量的磷酸锌颜料，加入到50.0ml去离子水中，混合置于120ml平底烧瓶中，搅拌下滴加数滴三乙醇胺，至悬浮液pH为7.5～10.5之间，得到碱性磷酸锌悬浮液；
b、把步骤(1)中完全溶解的无色透明溶液加入到配置的碱性磷酸锌悬浮液中，加入间苯二酚0.2～0.8g，搅拌分散，得到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸锌的有机包覆改性方法，其特征在于：所述步骤(3)中对磷酸锌进行脲醛树脂包覆的具体步骤为，
a、把步骤(2)中得到的磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液置于室温下不断搅拌；
b、取pH为1.0～4.0的磷酸水溶液，缓慢滴加到磷酸锌颜料和脲醛树脂预聚体混合悬浮液中，至混合悬浮液pH到1.5～6.5之间，停止滴加；
c、滴加完毕后，升温至50～80℃，搅拌反应若干小时，得到脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液；
d、对脲醛树脂包覆的磷酸锌悬浮溶液进行抽滤，得到酸性脲醛树脂包覆磷酸锌，用120mL去离子水分5次洗涤产物，至洗液pH为6.0～7.0，洗涤产物至于60℃烘箱中干燥，得到最终产物脲醛树脂包覆磷酸锌。
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