CN113969077B

CN113969077B - 一种铝钛粉防锈颜料及其制备方法

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Publication number: CN113969077B
Application number: CN202111362457.3A
Authority: CN
Inventors: 沈希萍; 陶醉; 刘媛婷
Original assignee: Aolin Chemical Industry Wuhan Ltd corp
Current assignee: Aolin Chemical Industry Wuhan Ltd corp
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2041-11-17
Also published as: CN113969077A

Abstract

本发明提供了一种铝钛粉防锈颜料及其制备方法，该铝钛粉防锈颜料，包括以下质量份的原料制备而成：磷酸0.5‑2.0份、硅酸钠60‑90份、十八水硫酸铝60‑90份、七水硫酸镁40‑70份、氯化钙60‑80份、偏钒酸钠0.2‑0.5份、磷酸铁0.5‑2.0份、钙钛粉30‑60份。制备方法中通过反应得到的多种多孔结构胶态的硅酸盐，该硅酸盐与偏钒酸盐的相互协同作用，大大提升了防锈颜料的附着力以及防腐性能；通过升温反应，使得硅酸盐结构的分子链增长，从而使得漆膜后的金属表面更易形成一种紧密的无机层，阻隔腐蚀环境和金属表面的接触，保护基材。本发明提供的铝钛粉防锈颜料的制备方法，反应条件要求低，工艺相对简单，易于工业化生产，生产成本较低，市场前景好，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种铝钛粉防锈颜料及其制备方法

技术领域

本发明属于颜料技术领域，涉及一种防锈颜料及其制备方法。

背景技术

金属防锈涂层中，所用的防锈颜料主要有活性防锈颜料和惰性防锈颜料二大类，其中活性防锈颜料是通过化学或电化学作用，与金属基材交互，从而长效保护基材。活性防锈颜料有磷酸盐防锈颜料、钼酸盐防锈颜料、铬酸盐防锈颜料、锌粉防锈颜料等，磷酸盐防锈颜料是通过磷酸盐在水中微量溶解，释放阴离子和阳离子而实现防腐，但磷酸盐很难溶解，而且释放的速度很慢，所以防锈性能有一定限制。钼酸盐的防锈效果很好但价格很高，铬酸盐防锈效果优异，但其含有重金属且环境污染严重，国家已有严格限制。目前亟需一种防锈效果好、价格合适、环境友好型的防锈颜料。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种铝钛粉防锈颜料及其制备方法。

本发明的铝钛粉防锈颜料，包括以下质量份的原料制备而成：磷酸0.5-2.0份、硅酸钠60-90份、十八水硫酸铝60-90份、七水硫酸镁40-70份、氯化钙60-80份、偏钒酸钠0.2-0.5份、磷酸铁0.5-2.0份、钙钛粉30-60份。

进一步地，所述的原料的质量份为：磷酸1.2份、硅酸钠78份、十八水硫酸铝84份、七水硫酸镁56份、氯化钙71份、偏钒酸钠0.3份、磷酸铁1.3份、钙钛粉35份。

一种铝钛粉防锈颜料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取原料，加入去离子水，制备硅酸钠溶液、十八水硫酸铝溶液、七水硫酸镁溶液、氯化钙溶液、偏钒酸钠溶液、磷酸铁悬浮液和钙钛粉悬浮液；

步骤二、取硅酸钠溶液于烧杯中，升温至55-65℃，在搅拌下依次加入十八水硫酸铝溶液、七水硫酸镁溶液、氯化钙溶液，每种溶液加入后均反应15-60分钟，然后在搅拌条件下加入磷酸，调节PH至5-6，加入偏钒酸钠溶液反应15-60分钟，然后升温至70-80℃，反应120分钟后得到固液混合物；

步骤三、固液混合物降温至常温后，依次加入磷酸铁悬浮液、钙钛粉悬浮液继续搅拌20-30分钟，得到粘稠物料；

步骤四、将粘稠物料升温至100-105℃，继续搅拌反应一段时间，得到最终物料；

步骤五、最终物料降温至50℃后，用胶体磨研磨1-2次，洗涤、过滤、烘干、粉碎后得到铝钛粉防锈颜料。

进一步地，所述的步骤一中，制备的硅酸钠溶液的浓度为25-35wt％，制备的十八水硫酸铝溶液的浓度为20-30wt％，制备的七水硫酸镁溶液的浓度为20-30wt％，制备的氯化钙溶液的浓度为15-25wt％，制备的偏钒酸钠溶液的浓度为10-15wt％，制备的磷酸铁悬浮液的浓度为20-30wt％，制备的钙钛粉悬浮液的浓度为15-25wt％；所述的磷酸为浓度80-90wt％的磷酸溶液。

步骤二进行的是复分解反应，硅酸钠分别与硫酸铝和硫酸镁反应生成硅酸铝沉淀和硅酸镁沉淀；由于加入的氯化钙的量很大，足以将溶液里的硫酸根沉淀完全，剩余的氯化钙可与硅酸钠反应生成硅酸钙沉淀；此外反应过程中加入的磷酸保证了反应的转化率，使得剩余的氯化钙还与偏钒酸钠反应生成偏钒酸钙沉淀，因此经过步骤二的反应后得到固液混合物。

步骤三中，钙钛粉是主要成分为CaTiO₃的矿物粉末，CaTiO₃晶体结构稳定，呈三维网络结构，因此在固液混合物加入钙钛粉悬浮液和磷酸铁悬浮液后，经过搅拌可以得到粘稠物料，另外由于磷酸铁本身就是一种防锈颜料，通过磷酸铁与多种硅酸盐、偏钒酸钙的协同作用，可大大提升了防锈效果。

步骤四中，升温反应后，使得硅酸盐在一定温度下脱出结晶水，降低晶体位阻，使得晶体之间Si-O、Si-O-Si与阳离子能以配位键更好地相结合，增长分子链，从而使得硅酸盐的晶体结构更加稳定。

步骤五中，最终得到铝钛粉防锈颜料的组分组成为：硅酸铝、硅酸镁、硅酸钙、偏钒酸钙、钙钛粉及其他杂质。

铝钛粉防锈颜料的制备过程中，通过复分解反应及后续的加热反应，得到的硅酸盐是多孔结构的胶态物质，它的防锈原理与传统的防锈颜料不同，其水解后的阴离子团或胶团与阳离子形成配位键，从而生成钝化膜，阻止外界的水、盐、氧化物进入；此外，由于硅酸盐水解后为胶态状，能使反应物粘附在反应界面，增强了涂层的附着力，也阻止反应进一步进行；还有由于该硅酸盐水解后是多孔结构，可吸附空气中各种金属离子；该硅酸盐还能起到离子交换作用，当腐蚀性电解质进入漆膜时，与铝钛粉接触后，其阳离子Ca²⁺和Mg²⁺就释放出来，与之进行交换，Ca²⁺和Mg²⁺离子在漆膜后金属表面形成一种紧密的无机层，阻隔腐蚀环境和金属表面的接触，从而保护基材。此外，钙钛粉晶体结构稳定，呈三维网络连接，可以在防锈漆膜中致密堆积；此外，偏钒酸盐是一种很好的氧化型缓蚀剂，它能改变钢材的电位，使之进入钝化区，偏钒酸盐同铬酸盐的防腐机理相同，但偏钒酸盐没有铬酸盐存在的毒性问题；硅酸铝具有pH碱性缓冲作用，可大大减轻金属表面的腐蚀程度。

本发明与现有技术相比，所提供的铝钛粉防锈颜料，通过反应得到的多种多孔结构胶态的硅酸盐，该硅酸盐与偏钒酸盐的相互协同作用，大大提升了防锈颜料的附着力以及防腐性能；通过升温反应，使得硅酸盐结构的分子链增长，从而使得漆膜后的金属表面更易形成一种紧密的无机层，阻隔腐蚀环境和金属表面的接触，保护基材；通过硅酸铝的pH碱性缓冲作用，以及通过钒酸盐改变钢材的电位使金属进入钝化区，进一步提高防腐性能。本发明提供的铝钛粉防锈颜料的制备方法，反应条件要求低，工艺相对简单，易于工业化生产，生产成本较低，市场前景好，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为喷涂铝钛粉防锈颜料制备的油性环氧防锈漆的碳钢板表面的电镜图。

图2为喷涂铝钛粉防锈颜料制备的水性环氧防锈漆的碳钢板表面的电镜图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅做举例而已，同时通过说明，将更加清楚地理解本发明的优点。本领域的普通的技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。实施例中所述的位置关系均与附图所示一致，实施例中其他未详细说明的部分均为现有技术。

实施例1

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：85wt％磷酸溶液1.2克、硅酸钠78克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙71克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克、足量的去离子水。

其制备方法如下所述：

将硅酸钠78克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙71克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克分别用去离子水稀释至30％、25％、27％、20％、13％、25％、20％浓度，得到水溶液A、水溶液B、水溶液C、水溶液D、水溶液E、悬浮液F、悬浮液G备用。

进行复分解反应：取水溶液A于烧杯中，升温至60℃并保持恒温，在搅拌下依次加入水溶液B、水溶液C、水溶液D，每种水溶液加入后反应时间为30分钟，然后在搅拌下加入磷酸调节PH为5-6，加入水溶液E反应30分钟，升温至70℃反应120分钟，得到固液混合物。

固液混合物降温至常温后，依次加入悬浮液F、悬浮液G继续搅拌20-30分钟，得到粘稠物料。

将粘稠物料升温至100-105℃，继续搅拌30分钟进行聚合反应得到最终物料。

最终物料降温至50℃，用胶体磨研磨2次，用去离子水洗涤、过滤、烘干、粉碎得到粉末状的铝钛粉防锈颜料。

实施例2

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：80wt％的磷酸溶液2克、硅酸钠78克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙69克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克。

其制备方法如下所述：

将硅酸钠78克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙69克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克分别用去离子水稀释至30％、25％、27％、20％、13％、25％、20％浓度，得到水溶液A、水溶液B、水溶液C、水溶液D、水溶液E、悬浮液F、悬浮液G备用。

将粘稠物料再升温至100-105℃，继续搅拌30分钟进行聚合反应得到最终物料。

最终物料降温至50℃，用胶体磨研磨2次，按去离子水洗涤、过滤、烘干、粉碎得到粉末状的铝钛粉防锈颜料。

实施例3

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：85wt％磷酸溶液1.2克、硅酸钠74克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙65克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克。

其制备方法如下所述：

将硅酸钠74克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙65克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克分别用去离子水稀释至30％、25％、27％、20％、13％、25％、20％浓度，得到水溶液A、水溶液B、水溶液C、水溶液E、悬浮液F、悬浮液G备用。

将粘稠物料升温至100-105℃，继续搅拌30分钟。

实施例4

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：85wt％磷酸溶液1.2克、硅酸钠78克、十八水硫酸铝84克、七水硫酸镁56克、氯化钙71克、偏钒酸钠0.3克、磷酸铁1.3克、钙钛粉35克。

其制备方法如下所述：

进行复分解反应：取水溶液A于烧杯中，保持恒温55℃，在搅拌下依次加入水溶液B、水溶液C、水溶液D，每种水溶液加入后反应时间为30分钟，然后在搅拌下加入磷酸调节PH为5-6，加入水溶液E反应30分钟，升温至70℃反应120分钟，得到固液混合物。

实施例5

其制备方法如下所述：

进行复分解反应：取水溶液A于烧杯中，升温至65℃并保持恒温，在搅拌下依次加入水溶液B、水溶液C、水溶液D，每种水溶液加入后反应时间为30分钟，然后在搅拌下加入磷酸调节PH为5-6，加入水溶液E反应30分钟，升温至80℃反应120分钟，得到固液混合物。

固液混合物降温至常温后，再依次加入悬浮液F、悬浮液G继续搅拌20-30分钟，得到粘稠物料。

最终物料降温至50℃，用胶体磨研磨2次，用去离子水洗涤、过滤、烘干、粉碎得到末状的铝钛粉防锈颜料。

实施例6

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：90wt％磷酸溶液1.0克、硅酸钠85克、十八水硫酸铝75克、七水硫酸镁60克、氯化钙70克、偏钒酸钠0.4克、磷酸铁0.5克、钙钛粉40克。

其制备方法如下所述：

将硅酸钠85克、十八水硫酸铝75克、七水硫酸镁60克、氯化钙70克、偏钒酸钠0.4克、磷酸铁0.5克、钙钛粉40克分别用去离子水稀释至30％、25％、27％、20％、13％、25％、20％浓度，得到水溶液A、水溶液B、水溶液C、水溶液D、水溶液E、悬浮液F、悬浮液G备用。

进行复分解反应：取水溶液A于烧杯中，升温至60℃并保持恒温，在搅拌下依次加入水溶液B、水溶液C、水溶液D，每种水溶液加入后反应时间为60分钟，然后在搅拌下加入磷酸调节PH为5-6，加入水溶液E反应60分钟，升温至70℃反应120分钟，得到固液混合物。

实施例7

一种铝钛粉防锈颜料，其原料组分和重量分别为：85wt％磷酸溶液1.5克、硅酸钠75克、十八水硫酸铝90克、七水硫酸镁70克、氯化钙65克、偏钒酸钠0.5克、磷酸铁2.0克、钙钛粉60克。

将硅酸钠75克、十八水硫酸铝90克、七水硫酸镁70克、氯化钙65克、偏钒酸钠0.5克、磷酸铁2.0克、钙钛粉60克分别用去离子水稀释至30％、25％、27％、20％、13％、25％、20％浓度，得到水溶液A、水溶液B、水溶液C、水溶液D、水溶液E、悬浮液F、悬浮液G备用。

进行复分解反应：取水溶液A于烧杯中，升温至60℃并保持恒温，在搅拌下依次加入水溶液B、水溶液C、水溶液D，每种水溶液加入后反应时间为15分钟，然后在搅拌下加入磷酸调节PH为5-6，加入水溶液E反应15分钟，升温至80℃反应120分钟，得到固液混合物。

最终物料降温至50℃，用胶体磨研磨1次，用去离子水洗涤、过滤、烘干、粉碎得到粉末状的铝钛粉防锈颜料。

将实施例1所制得的铝钛粉防锈颜料、磷酸锌防锈颜料、三聚磷酸铝防锈颜料、钼酸锌防锈颜料和锌粉防锈颜料的基本性能和价格进行对比，对比结果见表1，可得知本发明所制备的铝钛粉防锈颜料相比之下具有巨大的价格优势。

表1基本性能和价格对比

备注：表中各颜料的化学成分及其重量百分比是通过X射线检测得出的，化学成分以金属氧化物的形式表述。

下面对油性环氧防锈漆和水性环氧防锈漆的制备方法进行说明，以下测试的防锈性能的盐雾实验中均采用该制备方法来制备防锈漆。

油性环氧防锈漆的制备方法为：将50wt％环氧树脂、着色颜料、防锈颜料、滑石粉、沉淀硫酸钡、助剂、溶剂按(20-40)：(0-10)：(10-60)：6：(10-20)：(0.2-2)：(5-15)的重量比混合，研磨至细度60微米得到均匀混合物，再将混合物与45wt％的环氧固化剂按(5-9):1配制后，加入溶剂调整至一定的粘度。

水性环氧防锈漆的制备方法为：将56wt％水性环氧乳液、着色颜料、防锈颜料、滑石粉、沉淀硫酸钡、助剂、水按43：(10-15)：(10-25)：6：(10-25)：(1-3)：(5-10)的重量比混合，经研磨至细度60微米得到均匀混合物，再将混合物与50wt％的水性环氧固化剂按4:1配制后加入水调整至一定的粘度。

将实施例1-7所制得的铝钛粉防锈颜料分别制备油性环氧防锈漆，在碳钢板上喷涂，然后进行盐雾实验。喷涂油性环氧防锈漆的碳钢板表面的电镜图如图1所示，碳钢板表面形成了一层致密的防锈层。

实施例1-7的铝钛粉防锈颜料制备的油性环氧防锈漆的盐雾实验结果见表2，可得知所有的油性环氧防锈漆的防锈效果均达到了很不错的水平，其中实施例1所制得的铝钛粉防锈颜料制备的油性环氧防锈漆防锈效果最好，在盐雾实验120h时涂层依旧完好。

表2油性环氧防锈漆的盐雾实验结果

将实施例1-7所制得的铝钛粉防锈颜料分别制备水性环氧防锈漆，在碳钢板上喷涂，然后进行盐雾实验。喷涂水性环氧防锈漆的碳钢板表面的电镜图如图2所示，碳钢板表面形成了一层致密的防锈层。

实施例1-7的铝钛粉防锈颜料制备的水性环氧防锈漆的盐雾实验结果见表3，可得知所有的水性环氧防锈漆的防锈效果均达到了很不错的水平，其中实施例1所制得的铝钛粉防锈颜料制备的水性环氧防锈漆防锈效果最好，在盐雾实验144h时涂层依旧完好。

表3水性环氧防锈漆的盐雾实验结果

将实施例1所制得的铝钛粉防锈颜料、磷酸锌、三聚磷酸铝、钼酸锌和锌粉这五种种类的防锈颜料分别制备油性环氧防锈漆，在碳钢板上喷涂，然后进行盐雾实验。

这五种种类的防锈颜料所制备的油性环氧防锈漆的盐雾实验结果见表4。通过实验结果可知，铝钛粉防锈颜料所制备的油性环氧防锈漆在盐雾实验中，120h时涂层依旧完好，其防锈性能比磷酸锌、钼酸锌和三聚磷酸铝都好；铝钛粉防锈颜料所制备的油性环氧防锈漆的防锈性能在实验前期虽然逊色于锌粉，但是在实验后期明显优于锌粉，喷涂了铝钛粉防锈颜料所制备的油性环氧防锈漆的碳钢板上并未产生大量锈点或大量小泡，至624h也仅产生了1/4板小泡，这说明了铝钛粉防锈颜料所制得的铝钛粉防锈颜料能够有效避免腐蚀大规模产生。

表4各种类的油性环氧防锈漆的盐雾实验结果

将实施例1所制得的铝钛粉防锈颜料、磷酸锌、三聚磷酸铝和钼酸锌这四种种类的防锈颜料分别制备水性环氧防锈漆，在碳钢板上喷涂，然后进行盐雾实验。

这四种种类的防锈颜料所制备的水性环氧防锈漆的盐雾实验结果见表5。通过实验结果可知，铝钛粉防锈颜料所制备的水性环氧防锈漆在盐雾实验中，144h时涂层依旧完好，其防锈性能比磷酸锌、钼酸锌和三聚磷酸铝都好；在实验中后期，喷涂了铝钛粉防锈颜料所制备的水性环氧防锈漆的碳钢板上并未产生大量锈点或大量小泡，至432h时也仅产生了1/3板小细泡，这说明了铝钛粉防锈颜料所制备的水性环氧防锈漆能够有效避免腐蚀大规模产生。

表5各种类的水性环氧防锈漆的盐雾实验结果

综上可知，铝钛粉防锈颜料不仅生产成本较低、价格低廉，而且其应用于油性环氧防锈漆和水性环氧防锈漆中均能取得很好的防锈效果，能够有效避免腐蚀大规模产生。

以上结合附图及具体实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝钛粉防锈颜料，其特征在于，包括以下质量份的原料制备而成：磷酸0.5-2.0份、硅酸钠60-90份、十八水硫酸铝60-90份、七水硫酸镁40-70份、氯化钙60-80份、偏钒酸钠0.2-0.5份、磷酸铁0.5-2.0份、钙钛粉30-60份；

所述的铝钛粉防锈颜料由如下方法制备：

步骤二、取硅酸钠溶液于烧杯中，升温至55-65℃，在搅拌下依次加入十八水硫酸铝溶液、七水硫酸镁溶液、氯化钙溶液，每种溶液加入后均反应15-60分钟，然后在搅拌条件下加入磷酸，调节pH 至5-6，加入偏钒酸钠溶液反应15-60分钟，然后升温至70-80℃，反应120分钟后得到固液混合物；

2.根据权利要求1所述的一种铝钛粉防锈颜料，其特征在于：所述的原料的质量份为：磷酸1.2份、硅酸钠78份、十八水硫酸铝84份、七水硫酸镁56份、氯化钙71份、偏钒酸钠0.3份、磷酸铁1.3份、钙钛粉35份。

3.一种权利要求1或2所述的铝钛粉防锈颜料的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种铝钛粉防锈颜料的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，制备的硅酸钠溶液的浓度为25-35wt%，制备的十八水硫酸铝溶液的浓度为20-30wt%，制备的七水硫酸镁溶液的浓度为20-30wt%，制备的氯化钙溶液的浓度为15-25wt%，制备的偏钒酸钠溶液的浓度为10-15wt%，制备的磷酸铁悬浮液的浓度为20-30wt%，制备的钙钛粉悬浮液的浓度为15-25wt%；所述的磷酸为浓度80-90wt%的磷酸溶液。