一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法

2023-05-20 17:31:56 1

專利名稱：一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法
技術領域：
本發明涉及金屬粉的表面處理領域，具體為一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法。
背景技術：
鋁粉是常見的金屬顏料之一。具有特殊的二維結構與優良的物理化學性能，廣泛應用於塗料、塑料和印刷油墨等行業。隨著國外限制向大氣排放有毒物的規定日趨嚴格，人們在許多產品中試圖用水代替有機溶劑和稀釋劑，例如水性漆、水性油墨等，作為水性塗料用的鋁顏料要求具有較好的耐水、耐酸鹼性能，而片狀鋁粉具有很大的比表面積，很容易與水反應，在水性體系中它的金屬光澤會遭到破壞，由此產生的氫氣還會誘發燃燒或爆炸的危險。因此，鋁粉顏料用於水性體系中必須保護其表面不與水反應，同時還應考慮不損害顏料性能，成本也應適宜。鋁粉的表面鈍化是最早使用的化學保護法，該方法是鈍化劑處理鋁粉，使其表面形成一層鈍化膜，最有效的鈍化劑是鉻酸鹽。但由於六價的鉻離子對環境的汙染極其嚴重， 並且還有致癌作用，因此在使用上受到了限制。人們正在尋求其它有效而對社會無害的方法來對鋁粉進行表面處理，使其在塗料體系中有較好的穩定性。目前，國內外對鋁粉表面處理研究較多，其主要集中在鋁粉的包覆處理上。包覆法是在鋁粉表面包覆一層或多層有機/無機納米粒子，隔絕鋁顏料與腐蝕介質的接觸，保護鋁顏料不受腐蝕介質的腐蝕，同時保持了顏料的特有光澤。但是此方法工藝複雜，而且其對析氫的抑制效果不理想，目前無法滿足實際的水性塗料的生產要求。

發明內容
本發明的目的是提出一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，解決現有鋁粉在水性塗料中穩定性差，容易發生析氫的實際問題，其製作工藝簡單、且又能顯著提高鋁粉的抑制析氫性能，適合大規模的生產。本發明採取以下技術方案一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，包括如下步驟和工藝條件第一步，以質量份數計，將10 25份鋁粉分散於90 175份脫酯溶液中，18 65°C下攪拌2 10分鐘，之後用30 80°C的熱水進行漂洗，烘乾；第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態，接通直流電源，控制電壓為15 60V，陽極電流密度為1 10安/分米2，溫度18-35°C，經40 IOOmin陽極氧化處理後，即可出槽；電解液為中性電解液，中性電解液為碳酸銨、氯化銨、硝酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或一種以上水溶液組成；或者，中性電解液為碳酸銨、氯化銨、硝酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或一種以上與枸椽酸、抗壞血酸、植酸、水楊酸中的一種或一種以上水溶液組成； 並用PH調節劑調節pH值為7左右；
所稀釋的濃度範圍為碳酸銨4 50g/L ；氯化銨3 60g/L ；硝酸銨1 30g/L ；枸椽酸(檸檬酸) 2 8g/L ；抗壞血酸0. 5 3g/L ；鉬酸銨2 55g/L ；植酸2 30g/L ；鉬酸鈉0. 1 5g/ L ；水楊酸0. 4 6g/L。本發明所選用的pH調節劑由三乙醇胺、乙酸、乙二胺、鹽酸、氫氧化鈉其中的一種或是一種以上組成。第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在30 80°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。本發明所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑一般為0. 5 ΙΟΟμπι，厚度一般為0. 05 1 μ m。本發明所選用的脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成，各組分的含量如下氫氧化鈉20-30g/L，碳酸鈉15-20g/L，磷酸三鈉10_15g/L，矽酸鈉l_3g/L，其餘為水。本發明所選用的陽極材料為金屬鈦、DSA電極(鈦基尺寸穩定電極)、鉬、金、不鏽鋼其中的一種。本發明所選用的陰極材料為金屬鈦、DSA電極(鈦基尺寸穩定電極)、鉬、金、不鏽鋼、石墨其中的一種。本發明的優點1、本發明工藝簡單，生產周期短，適合工業生產。2、本發明採用的陽極氧化電解液為中性，無危險性，且對處理後的鋁粉無腐蝕影響。3、本發明處理後的鋁粉，具有較好的耐析氫性能。
具體實施例方式以下實施例中的份數，均為質量份數。實施例一第一步，以質量份數計，將12份鋁粉分散於100份脫酯溶液中，25°C下攪拌2分鐘，之後用40°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為0. 5 2μπι，厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為35V，陽極電流密度為3安/分米2，溫度25°C，經60min陽極氧化處理後，即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在50°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉23g/L ；碳酸鈉20g/L ；磷酸三鈉12g/L ；矽酸鈉2g/L，餘量為水。
電解液組成如下，碳酸銨19g/L ；氯化銨15g/L ；硝酸銨10g/L ；枸椽酸(檸檬酸)3g/L ；抗壞血酸0. 5g/L ；鉬酸銨2g/L，餘量為水。並用三乙醇胺、乙酸調pH = 7。陽極採用金屬鈦，陰極採用不鏽鋼。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 89%。析氫實驗中的腐蝕介質及實驗方法參照文獻李慶鵬，丁國強，劉建國，赫秀娟，嚴川偉.S^2包覆鋁粉對鋅鋁混合粉的析氫抑制[J].腐蝕科學與防護技術，2010，22 (6) :484-489.實施例二 與實施例一不同之處在於，第一步，以質量份數計，將14份鋁粉分散於125份脫酯溶液中，30°C下攪拌3分鐘，之後用45°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為5 10 μ m,厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為40V，陽極電流密度為3. 5安/分米2，溫度30°C，經50min陽極氧化處理後， 即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在60°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉20g/L ；碳酸鈉20g/L ；磷酸三鈉15g/L ；矽酸鈉3g/L，餘量為水。電解液組成如下，碳酸銨15g/L ；氯化銨20g/L ；硝酸銨12g/L ；植酸6g/L ；鉬酸鈉2g/L ；水楊酸3g/L，餘量為水。並用乙酸、乙二胺調pH = 7。陽極採用不鏽鋼，陰極採用石墨。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 90%。實施例三與實施例一不同之處在於，第一步，以質量份數計，將15份鋁粉分散於140份脫酯溶液中，35°C下攪拌5分鐘，之後用50°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為20 30 μ m，厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為45V，陽極電流密度為4安/分米2，溫度30°C，經70min陽極氧化處理後，即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在55°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉23g/L ；碳酸鈉17g/L ；磷酸三鈉12g/L ；矽酸鈉3g/L，餘量為水。電解液組成如下，碳酸銨30g/L ；氯化銨20g/L ；枸椽酸(檸檬酸)4g/L ；抗壞血酸lg/L ；鉬酸銨8g/L ；植酸7g/L，餘量為水。並用三乙醇胺、鹽酸調pH = 7。陽極採用DSA電極(鈦基尺寸穩定電極)，陰極採用不鏽鋼。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 92%。實施例四與實施例一不同之處在於，第一步，以質量份數計，將17份鋁粉分散於140份脫酯溶液中，40°C下攪拌2分鐘，之後用50°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為40 50 μ m，厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為50V，陽極電流密度為4安/分米2，溫度20°C，經65min陽極氧化處理後，即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在50°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉Mg/L ；碳酸鈉18g/L ；磷酸三鈉12g/L ；矽酸鈉1. 8g/L，餘量為水。電解液組成如下，碳酸銨25g/L ；氯化銨15g/L ；硝酸銨8g/L ；鉬酸銨10g/L ； 植酸10g/L ；鉬酸鈉lg/L ；水楊酸lg/L，餘量為水。並用鹽酸、氫氧化鈉調pH = 7。陽極採用DSA電極(鈦基尺寸穩定電極)，陰極採用石墨。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 91 %。實施例五與實施例一不同之處在於，第一步，以質量份數計，將19份鋁粉分散於160份脫酯溶液中，35°C下攪拌8分鐘，之後用45°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為60 70 μ m，厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為55V，陽極電流密度為3. 5安/分米2，溫度25°C，經70min陽極氧化處理後， 即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在60°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉27g/L ；碳酸鈉18g/L ；磷酸三鈉10g/L ；矽酸鈉2g/L，餘量為水。電解液組成如下，碳酸銨20g/L ；氯化銨15g/L ；硝酸銨7g/L ；枸椽酸(檸檬酸)4g/L ；抗壞血酸2. 5g/L ；鉬酸銨3g/L，餘量為水。並用三乙醇胺、乙酸調pH = 7。陽極採用金屬鉬，陰極採用DSA電極(鈦基尺寸穩定電極)。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 94%。
實施例六與實施例一不同之處在於，第一步，以質量份數計，將20份鋁粉分散於165份脫酯溶液中，25°C下攪拌10分鐘，之後用40°C的熱水進行漂洗，烘乾；本實施例中，所選用的鋁粉顏料均為片狀鋁粉顏料，片徑為80 90 μ m，厚度為 0. 05 1 μ m0第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態(將陰極用小於鋁粉粒徑的漉網或濾紙包住)，接通直流電源，控制電壓為30V，陽極電流密度為6安/分米2，溫度30°C，經SOmin陽極氧化處理後，即可出槽；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在55°C的烘箱中，烘乾，製得陽極極化的鋁粉。脫脂溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成。各組分的含量如下氫氧化鈉26g/L ；碳酸鈉16g/L ；磷酸三鈉llg/L ；矽酸鈉1. 5g/L，餘量為水。電解液組成如下，氯化銨12g/L ；硝酸銨15g/L ；枸椽酸(檸檬酸)6g/L ；抗壞血酸3g/L ；鉬酸銨4g/L ；植酸3g/L ；鉬酸鈉5g/L ；水楊酸2g/L，餘量為水。並用三乙醇胺、 乙酸調PH = 7。陽極採用金屬金，陰極採用不鏽鋼。經陽極氧化處理後的鋁粉，有較好的耐腐蝕性，其抑制效率達到了 95%。結果表明，本發明採用陽極氧化技術，首先將鋁粉進行化學脫脂酸、清洗後置於中性電解液中，在攪拌下，使鋁粉隨時接觸陽極，實現鋁粉的陽極氧化，從而在鋁粉表面形成氧化物膜，達到抑制鋁粉析氫目的。本發明方法工藝簡單，具有較好的耐析氫性能。
權利要求
1.一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，包括如下步驟和工藝條件第一步，以質量份數計，將10 25份鋁粉分散於90 175份脫酯溶液中，18 65°C 下攪拌2 10分鐘，之後用30 80°C的熱水進行漂洗，烘乾；第二步，將第一步製取的鋁粉放入電解液中，使鋁粉呈漂浮狀態，邊流動邊隨時接觸陽極，並保持不接觸陰極狀態，接通直流電源，控制電壓為15 60V，陽極電流密度為1 10 安/分米2，溫度18-35°C，經40 IOOmin陽極氧化處理後，即可出槽；電解液為中性電解液，中性電解液為碳酸銨、氯化銨、硝酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或一種以上水溶液組成；或者，中性電解液為碳酸銨、氯化銨、硝酸銨、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或一種以上與枸椽酸、抗壞血酸、植酸、水楊酸中的一種或一種以上水溶液組成；並用 PH調節劑調節pH值為7 ；第三步，將第二步所制的鋁粉過濾，並用冷水反覆洗滌，在30 60°C的烘箱中，烘乾， 製得陽極極化的鋁粉。
2.按照權利要求1所述的在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，鋁粉為片狀鋁粉。
3.按照權利要求1所述的在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，脫酯溶液為氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、矽酸鈉混合組成，其各組分的含量如下氫氧化鈉20-30g/L ；碳酸鈉15-20g/L ；磷酸三鈉10_15g/L ；矽酸鈉l_3g/L，其餘為水。
4.按照權利要求1所述的在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，中性電解液的濃度範圍為碳酸銨:4 50g/L ；氯化銨:3 60g/L ；硝酸銨:1 30g/L ；枸椽酸:2 8g/L ；抗壞血酸0. 5 3g/L ；鉬酸銨2 55g/L ；植酸2 30g/L ；鉬酸鈉0. 1 5g/L ；水楊酸0. 4 6g/L。
5.按照權利要求1所述的中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，PH調節劑由三乙醇胺、乙酸、乙二胺、鹽酸、氫氧化鈉其中的一種或是一種以上組成。
6.按照權利要求1所述的在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，陽極採用金屬鈦、DSA電極、鉬、金、不鏽鋼中的一種。
7.按照權利要求1所述的在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法，其特徵是，陰極採用金屬鈦、DSA電極、鉬、金、不鏽鋼、石墨其中一種。
全文摘要
本發明涉及金屬粉的表面處理領域，具體為一種在中性條件下鋁粉陽極氧化抑制析氫的方法。採用陽極氧化技術，首先將鋁粉進行化學脫脂酸、清洗後置於中性電解液中，在攪拌下，使鋁粉隨時接觸陽極，實現鋁粉的陽極氧化，從而在鋁粉表面形成氧化物膜，達到抑制鋁粉析氫目的。本發明解決現有鋁粉在水性塗料中穩定性差，容易發生析氫的實際問題，其製作工藝簡單、中性溶液無危險性、且又能顯著提高鋁粉的抑制析氫性能，適合大規模的生產。
文檔編號C25D11/04GK102528014SQ201010603110
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者嚴川偉, 劉建國, 李慶鵬 申請人:中國科學院金屬研究所