一種利用泥磷製備防鏽塗料的方法與流程
2023-10-10 12:50:29 1
本發明公開了一種利用泥磷製備防鏽塗料的方法，屬於塗料製備技術領域。
背景技術：
金屬腐蝕防護方法對提高金屬基體使用壽命尤為重要，其中防止金屬腐蝕最有效、最常用的方法之一是在金屬表面塗敷防鏽塗料。目前，防鏽塗料是以醇酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸等高分子樹脂類粘合劑為主要原料，同時添加大量填充料和顏料，再加入成膜助劑如固化劑、催幹劑、防沉劑、防結皮劑等經充分攪拌和砂磨，並過濾而成。然而，現有防鏽塗料所用的原料中，一般都含鉛、鉻及鎘等重金屬元素，雖然具有較好的防腐蝕性能，但其本身具有一定的毒性，在生產和使用過程中會汙染環境和危害人身健康，同時存在耐候性及遮蓋力較差，附著力不強、容易脫落的缺陷。
電爐法制磷生產過程中會產生大量含廢氣、含磷廢水、磷鐵、磷渣及泥磷，其中的泥磷是元素磷、粉塵雜質和水在冷凝過程中形成的性質穩定、難於分離的混合物，屬於危險固體廢物，必須沒於水中存放，若處置不當，還易引起二次汙染，泥磷的處置問題已成為了黃磷行業的瓶頸。現有泥磷處理處置的方法很多，包括電爐制磷系統自身回收法、直接和間接法提取黃磷法等，在一定程度上回收了泥磷中的磷，但存在磷回收率低、未解決二次汙染問題。
隨著環保問題成為人們日益關注的焦點，相應出現了一系列環保法規、法律和準則，限制了重金屬的防鏽塗料的應用，促使塗料業向低毒/無毒、對環境及人體健康影響最小的方向發展。同時，目前也鮮有利用泥磷製備防鏽塗料的相關報導。因此，利用泥磷為原料製備一種環保、高效型防鏽塗料具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對現有防鏽塗料雖然具有較好的防腐蝕性能，但含有毒的重金屬，具有毒性，會汙染環境和危害人身健康，同時存在耐候性及遮蓋力較差，附著力不強、容易脫落的缺陷，提供了一種利用泥磷製備防鏽塗料的方法。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）收集黃磷生產過程中的副產物泥磷，將泥磷和鹽酸混合，保溫攪拌、過濾得到濾液即為粗製磷酸；
（2）將粗製磷酸裝入燒杯，用碳酸鈣漿料調節ph至1.9～2.0，加熱攪拌，過濾得到預處理液，繼續用碳酸鈣漿料調節預處理液ph至3.0～3.2，得到反應液，向反應液中加入石灰乳，調節反應液ph至5.3～5.5，得到中和反應液，過濾，得到濾餅即為自製防鏽劑；
（3）將蒙脫土和二氧化矽混合、研磨得到混合粉末，再將混合粉末和百香果、獼猴桃混合，搗碎得到糊狀混合物，將糊狀混合物裝入發酵罐中，再向發酵罐中加入沼氣液，密封發酵，過濾得到濾渣，依次用無水乙醇和去離子水衝洗3～5min後乾燥，即得改性填料；
（4）按質量比為2:1將水和矽酸鈉混合製得矽酸鈉溶液，將所得矽酸鈉溶液轉入燒杯，再向燒杯中加入矽酸鈉溶液質量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℃下攪拌反應1～2h，得到成膜液；
（5）按重量份數計，稱取50～70份上述成膜液、5～10份丙酮、20～30份自製防鏽劑、10～15份改性填料以及1～3份卵凝脂依次加入到膠體磨中，研磨混合3～5h後出料，裝罐即得防鏽塗料。
所述的泥磷和鹽酸的質量比為1:3，鹽酸的質量分數為20%，保溫攪拌的溫度為50～60℃，保溫攪拌時間為15～20h。
所述的碳酸鈣漿料是將碳酸鈣粉末和水按等質量比混合後製得，加熱攪拌溫度為40～50℃，加熱攪拌時間為20～24h。
所述的蒙脫土和二氧化矽的質量比為3:1，研磨時間為20～30min，混合粉末和百香果以及獼猴桃的質量比為1:2:1，沼氣液的加入量為糊狀混合物質量的30%，發酵溫度為35～45℃，發酵時間為9～12天。
本發明的有益效果是：
（1）本發明從泥磷中提取製得無毒磷酸氫鈣作為防鏽劑，利用磷酸氫鈣和金屬基體發生電化學反應生成一層不導電的磷化膜，保護了金屬基體，防止了基體的腐蝕，磷化膜和金屬基體間結合成一個多孔的整體結構，使得塗料可以滲透進孔隙中，與磷化膜緊密結合，覆蓋力增強且附著力提高，在塗料用量為120～130g/m2條件下，即可達到較好的遮蓋效果；
（2）本發明利用蒙脫土和二氧化矽的屏蔽及吸收紫外線的性能來提高塗料的耐候性，用富含活性基團的水果在微生物的作用下對蒙脫土和二氧化矽進行改性，增加其表面活性基團數量，以其作為填料可以增加塗料與基體間的化學鍵合力，進一步提高了塗料的附著力，本發明製得的防鏽塗料不含有毒重金屬，使用後不會對人體及環境造成損害，塗料附著力達0～1級，能較好的附著在金屬基體表面，起到防鏽作用，且本發明防鏽塗料耐候性良好，耐人工氣候老化等級達0～1級，在海水環境下使用時，防鏽年限長達8～10年。
具體實施方式
首先收集黃磷生產過程中的副產物泥磷，按質量比為1:3將泥磷加入到質量分數為20%鹽酸中，加熱升溫至50～60℃，保溫攪拌反應15～20h後過濾去除濾餅，得到濾液即為粗製磷酸，隨後將得到的粗製磷酸轉入燒杯，將碳酸鈣粉末和水按等質量比混合後製得碳酸鈣漿料，將碳酸鈣漿料緩慢加入燒杯中，調節ph至1.9～2.0，並加熱升溫至40～50℃，以450～500r/min轉速攪拌反應20～24h後過濾，到預處理濾液，繼續向預處理濾液中加入碳酸鈣漿料，調節ph至3.0～3.2，繼續攪拌反應9～10h後，得到反應液，再向反應液中緩慢加入石灰乳，調節反應液ph至5.3～5.5，得到中和反應液，將中和反應液用400目濾布過濾，分離得到濾餅，即為自製防鏽劑，再將蒙脫土和二氧化矽按質量比為3:1混合後裝入球磨罐中球磨20～30min，得到混合粉末，再按質量比為1:2:1將混合粉末和百香果以及獼猴桃放入石臼中搗碎，得到糊狀混合物，將所得糊狀混合物轉入發酵罐中，再向發酵罐中加入糊狀混合物質量30%的沼氣液，密封罐口後在35～45℃下保溫發酵9～12天，待發酵結束後，過濾去除濾液，得到濾渣，依次用無水乙醇和去離子水衝洗3～5min後乾燥，即得改性填料，再按質量比為2:1將水和矽酸鈉混合製得矽酸鈉溶液，將所得矽酸鈉溶液轉入燒杯，再向燒杯中加入矽酸鈉溶液質量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℃下攪拌反應1～2h，得到成膜液，最後按重量份數計，稱取50～70份成膜液、5～10份丙酮、20～30份的自製防鏽劑、10～15份的改性填料以及1～3份卵凝脂依次加入到膠體磨中，研磨混合3～5h後出料，裝罐即得防鏽塗料。
實例1
首先收集黃磷生產過程中的副產物泥磷，按質量比為1:3將泥磷加入到質量分數為20%鹽酸中，加熱升溫至50℃，保溫攪拌反應15h後過濾去除濾餅，得到濾液即為粗製磷酸，隨後將得到的粗製磷酸轉入燒杯，將碳酸鈣粉末和水按等質量比混合後製得碳酸鈣漿料，將碳酸鈣漿料緩慢加入燒杯中，調節ph至1.9，並加熱升溫至40℃，以450r/min轉速攪拌反應20h後過濾，到預處理濾液，繼續向預處理濾液中加入碳酸鈣漿料，調節ph至3.0，繼續攪拌反應9h後，得到反應液，再向反應液中緩慢加入石灰乳，調節反應液ph至5.3，得到中和反應液，將中和反應液用400目濾布過濾，分離得到濾餅，即為自製防鏽劑，再將蒙脫土和二氧化矽按質量比為3:1混合後裝入球磨罐中球磨20min，得到混合粉末，再按質量比為1:2:1將混合粉末和百香果以及獼猴桃放入石臼中搗碎，得到糊狀混合物，將所得糊狀混合物轉入發酵罐中，再向發酵罐中加入糊狀混合物質量30%的沼氣液，密封罐口後在35℃下保溫發酵9天，待發酵結束後，過濾去除濾液，得到濾渣，依次用無水乙醇和去離子水衝洗3min後乾燥，即得改性填料，再按質量比為2:1將水和矽酸鈉混合製得矽酸鈉溶液，將所得矽酸鈉溶液轉入燒杯，再向燒杯中加入矽酸鈉溶液質量1%的磷酸、1.1%的丙三醇和0.5%的二乙醇胺，在60℃下攪拌反應1h，得到成膜液，最後按重量份數計，稱取50份成膜液、5份丙酮、20份的自製防鏽劑、10份的改性填料以及1份卵凝脂依次加入到膠體磨中，研磨混合3h後出料，裝罐即得防鏽塗料。
首先對船體表面進行拋丸處理，並立即對船體噴塗富鋅車間底漆，控制漆膜厚度為0.1μm，待底漆噴塗完成後靜置風乾，隨後將本發明製得的防鏽塗料用滾筒刷在風乾的漆膜表面進行刷塗工序，待一遍刷塗完成後，靜置20min，再進行二次刷塗，共重複刷塗2遍，控制塗膜厚度為1μm，最後待刷塗工序全部完成後，靜置養護14h，即可。經檢測，本發明製得的防鏽塗料不含有毒重金屬，使用後不會對人體及環境造成損害，同時本發明防鏽塗料附著力達1級，附著力等級較傳統防鏽塗料提高了1級，能較好的附著在金屬基體表面，起到防鏽作用，且本發明防鏽塗料具有較好的遮蓋力，在塗料用量為120g/m2條件下，即可達到較好的遮蓋效果，此外，本發明防鏽塗料耐候性良好，耐人工氣候老化等級達1級，在海水環境下使用時，防鏽年限長達8年，與傳統防鏽塗料相比，防鏽年限延長了2年。
實例2
首先收集黃磷生產過程中的副產物泥磷，按質量比為1:3將泥磷加入到質量分數為20%鹽酸中，加熱升溫至55℃，保溫攪拌反應18h後過濾去除濾餅，得到濾液即為粗製磷酸，隨後將得到的粗製磷酸轉入燒杯，將碳酸鈣粉末和水按等質量比混合後製得碳酸鈣漿料，將碳酸鈣漿料緩慢加入燒杯中，調節ph至1.9，並加熱升溫至45℃，以475r/min轉速攪拌反應22h後過濾，到預處理濾液，繼續向預處理濾液中加入碳酸鈣漿料，調節ph至3.1，繼續攪拌反應9h後，得到反應液，再向反應液中緩慢加入石灰乳，調節反應液ph至5.4，得到中和反應液，將中和反應液用400目濾布過濾，分離得到濾餅，即為自製防鏽劑，再將蒙脫土和二氧化矽按質量比為3:1混合後裝入球磨罐中球磨25min，得到混合粉末，再按質量比為1:2:1將混合粉末和百香果以及獼猴桃放入石臼中搗碎，得到糊狀混合物，將所得糊狀混合物轉入發酵罐中，再向發酵罐中加入糊狀混合物質量30%的沼氣液，密封罐口後在40℃下保溫發酵11天，待發酵結束後，過濾去除濾液，得到濾渣，依次用無水乙醇和去離子水衝洗4min後乾燥，即得改性填料，再按質量比為2:1將水和矽酸鈉混合製得矽酸鈉溶液，將所得矽酸鈉溶液轉入燒杯，再向燒杯中加入矽酸鈉溶液質量2%的磷酸、1.2%的丙三醇和0.7%的二乙醇胺，在65℃下攪拌反應1h，得到成膜液，最後按重量份數計，稱取60份成膜液、8份丙酮、25份的自製防鏽劑、13份的改性填料以及2份卵凝脂依次加入到膠體磨中，研磨混合4h後出料，裝罐即得防鏽塗料。
首先對船體表面進行拋丸處理，並立即對船體噴塗富鋅車間底漆，控制漆膜厚度為0.3μm，待底漆噴塗完成後靜置風乾，隨後將本發明製得的防鏽塗料用滾筒刷在風乾的漆膜表面進行刷塗工序，待一遍刷塗完成後，靜置25min，再進行二次刷塗，共重複刷塗2遍，控制塗膜厚度為5μm，最後待刷塗工序全部完成後，靜置養護15h，即可。經檢測，本發明製得的防鏽塗料不含有毒重金屬，使用後不會對人體及環境造成損害，同時本發明防鏽塗料附著力達0級，附著力等級較傳統防鏽塗料提高了1級，能較好的附著在金屬基體表面，起到防鏽作用，且本發明防鏽塗料具有較好的遮蓋力，在塗料用量為125g/m2條件下，即可達到較好的遮蓋效果，此外，本發明防鏽塗料耐候性良好，耐人工氣候老化等級達0級，在海水環境下使用時，防鏽年限長達9年，與傳統防鏽塗料相比，防鏽年限延長了3年。
實例3
首先收集黃磷生產過程中的副產物泥磷，按質量比為1:3將泥磷加入到質量分數為20%鹽酸中，加熱升溫至60℃，保溫攪拌反應20h後過濾去除濾餅，得到濾液即為粗製磷酸，隨後將得到的粗製磷酸轉入燒杯，將碳酸鈣粉末和水按等質量比混合後製得碳酸鈣漿料，將碳酸鈣漿料緩慢加入燒杯中，調節ph至2.0，並加熱升溫至50℃，以500r/min轉速攪拌反應24h後過濾，到預處理濾液，繼續向預處理濾液中加入碳酸鈣漿料，調節ph至3.2，繼續攪拌反應10h後，得到反應液，再向反應液中緩慢加入石灰乳，調節反應液ph至5.5，得到中和反應液，將中和反應液用400目濾布過濾，分離得到濾餅，即為自製防鏽劑，再將蒙脫土和二氧化矽按質量比為3:1混合後裝入球磨罐中球磨30min，得到混合粉末，再按質量比為1:2:1將混合粉末和百香果以及獼猴桃放入石臼中搗碎，得到糊狀混合物，將所得糊狀混合物轉入發酵罐中，再向發酵罐中加入糊狀混合物質量30%的沼氣液，密封罐口後在45℃下保溫發酵12天，待發酵結束後，過濾去除濾液，得到濾渣，依次用無水乙醇和去離子水衝洗5min後乾燥，即得改性填料，再按質量比為2:1將水和矽酸鈉混合製得矽酸鈉溶液，將所得矽酸鈉溶液轉入燒杯，再向燒杯中加入矽酸鈉溶液質量3%的磷酸、1.3%的丙三醇和0.8%的二乙醇胺，在70℃下攪拌反應2h，得到成膜液，最後按重量份數計，稱取70份成膜液、10份丙酮、30份的自製防鏽劑、15份的改性填料以及3份卵凝脂依次加入到膠體磨中，研磨混合5h後出料，裝罐即得防鏽塗料。
首先對船體表面進行拋丸處理，並立即對船體噴塗富鋅車間底漆，控制漆膜厚度為0.5μm，待底漆噴塗完成後靜置風乾，隨後將本發明製得的防鏽塗料用滾筒刷在風乾的漆膜表面進行刷塗工序，待一遍刷塗完成後，靜置30min，再進行二次刷塗，共重複刷塗3遍，控制塗膜厚度為10μm，最後待刷塗工序全部完成後，靜置養護16h，即可。經檢測，本發明製得的防鏽塗料不含有毒重金屬，使用後不會對人體及環境造成損害，同時本發明防鏽塗料附著力達0級，附著力等級較傳統防鏽塗料提高了2級，能較好的附著在金屬基體表面，起到防鏽作用，且本發明防鏽塗料具有較好的遮蓋力，在塗料用量為130g/m2條件下，即可達到較好的遮蓋效果，此外，本發明防鏽塗料耐候性良好，耐人工氣候老化等級達0級，在海水環境下使用時，防鏽年限長達10年，與傳統防鏽塗料相比，防鏽年限延長了4年。