一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料及其方法技术

本发明专利技术一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料及其方法。以聚磷酸和氢氧化铝为原料，采用高温固相得到三聚磷酸铝中间体，再加入不同的改性剂进行化学改性，再经球磨、喷雾干燥得到具有适宜pH值、细度、溶解性、分散性改性三聚磷酸铝防锈颜料产品。主要原料为：聚磷酸、氢氧化铝、改性剂，所述聚磷酸与氢氧化铝用量摩尔比为2.9～3.1。有益效果：采用高温固相一步法，减少了中和反应和浓缩两个工序，缩短了工艺流程，提高了生产效率降低了生产成本。避免了在磷酸二氢铝中间体中加入改性剂所引起的副反应多，生成的其它杂质成分较多，所以难以判断反应是否完成，同时也造成了产品杂质含量高、质量差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料及其方法
本专利技术属于涂料防锈颜料制备
，涉及工业上磷酸盐防锈颜料制备的方法，特别涉及一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料及其方法。
技术介绍
随着当今社会工业的发展，金属的腐蚀所造成的损失随之日趋严重，据有关部门统计每年因腐蚀造成金属损失高达数亿元之巨。目前防腐蚀措施虽然很多，但应用最广的仍然是涂料保护方法，在这种方法中防锈颜料是影响保护效果的重要因素。传统的防锈颜料如红丹和铬酸盐虽然性能优异但上述重金属元素在人体的积累可能引起皮肤过敏、神经肌肉功能障碍，甚至导致皮肤癌；此外，它们还会对环境造成严重的危害和污染，鉴于此，目前这类传统防锈颜料的生产与使用已经逐步受到限制，人们对于无毒、无公害的新型防锈颜料的开发和研究更为关注。聚合磷酸铝是近年来研究较多的一种高效环保的防锈颜料，由于其自身材料的绝缘性能和对铁离子有极强的螯合能力，成为了含重金属等传统、非环保型颜料的理想替代品。但大量的应用研究表明，聚合磷酸铝盐虽然防锈效果突出，但在部分涂料如水性涂料和高温涂料中尚未能全面取代上述有毒颜料，其原因主要是因为单一的磷酸盐防锈颜料都存在某些缺陷：如由于单一的聚磷酸铝盐具有固体酸的特性，其pH通常在2.1～3.5之间，酸性度高，实际应用时发现其早期防锈性能不突出，特别是在水性涂料中，因不能很好地克服“闪锈”的问题故不能直接用做防锈颜料，通常需在单一聚磷酸铝盐基础之上，通过加入碱性或者两性物质改变其pH由酸性至中性，并降低其重水溶性盐的含量，改性后的产品通常称之为改性聚磷酸铝。改性聚磷酸铝作为防锈颜料在涂料中应用时，其性能好坏除受产品中P2O5和Al2O3主含量高低的影响之外，还与产品的细度、比表面积、分散性、溶解性以及水解性有关。目前工业上聚磷酸铝的改性方法为两步法，即先生成磷酸二氢铝中间体或聚磷酸铝，自此基础上再加入碱性或者两性改性剂调节pH值并进行化学改性，然后经高温聚合、干燥、气流粉碎等工序最终得到改性三聚磷酸铝产品。中国专利文件CN103497556A用于中低端涂料的改性三聚磷酸铝防锈颜料及其制备方法中公开的方法是以磷酸二氢铝为中间体进行改性，则其存在反应机理复杂，磷酸二氢铝中间体与改性剂之间的副反应多，生成的其它杂质成分较多。采用单一改性剂时如氧化锌作为改性剂时，会产生Zn2P2O7.2.3H2O、AlPO4杂质成分，采用氧化镁做改性剂时，会产生AlPO4、Mg(HPO4)3(H2O)、Mg2Al(OH)7杂质，在采用多种改性剂进行改性时，则会产生更多种类的杂质成分。产生的杂质成分会导致对反应是否完成难以判断，同时也造成了产品杂质问题、也影响了产品的质量。中国专利文件CN102226046A一种改性三聚磷酸铝高效防锈颜料公开的以三聚磷酸铝为中间体进行改性，则存在预先制备三聚磷酸粉末的工序，工艺流程冗长，就会存在二次干燥、能耗大、成本高等缺点。
技术实现思路
本专利技术克服了上述工艺路线中存在的问题，以聚磷酸和氢氧化铝为原料，采用高温固相法得到三聚磷酸铝中间体，通过加入不同的改性剂进行化学改性，再经球磨、喷雾干燥得到具有适宜pH值、细度、溶解性、分散性改性的三聚磷酸铝防锈颜料产品。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案。一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料，主要原料为：聚磷酸、氢氧化铝、改性剂，所述聚磷酸与氢氧化铝用量摩尔比为2.9～3.1。进一步地，所述聚磷酸的五氧化二磷浓度为72％～83.5％，所述氢氧化铝的三氧化二铝含量为95～99％；所述改性剂为ZnO、SiO2、CaSiO3和SrO中的一种或者多种。进一步地，以重量份计组分为：五氧化二磷45％～60％，三氧化二铝10％～20％，改性剂5％～20％。另一方面，本专利技术提供了一种改性聚磷酸铝防锈颜料的制备方法，按照上述防锈颜料的组分进行备料，先将聚磷酸和氢氧化铝采用高温固相一步法聚合反应得到三聚磷酸铝盐，再在三聚磷酸铝盐中加入改性剂进行化学改性，最后再经球磨、喷雾干燥最终得到粒度均匀的改性聚磷酸铝。所述高温固相一步法为：采用高浓度聚磷酸和氢氧化铝为原料，先将两者混合均匀后，再通过高温直接进行高温聚合反应，只需要一步反应便能得到聚磷酸盐产品。避免了
技术介绍
中提到的副反应造成杂质较多的问题。进一步地，包括以下步骤：(1)按照比例将计量好的聚磷酸和氢氧化铝在混合设备内混合，在常温条件下搅拌至混合均匀，制得聚磷酸和氢氧化铝混合物；因为聚磷酸为粘度较大的液体，氢氧化铝为固体粉末，此步骤混合的目的是为了两种物料混合均匀，得到还是聚磷酸和氢氧化铝的混合物。(2)升温混合设备，将步骤(1)中制得的混合物在一定的温度和搅拌的条件下进行高温聚合反应，反应一定时间后，待混合物料变为白色的粉状物料后反应停止，制得三聚磷酸铝盐粉末；(3)步骤(2)中制得的粉末在搅拌的条件下，通过混合设备内部的上方的喷淋装置加入一定比例的工艺用水进行水淬，制得三聚磷酸铝盐料浆；由于三聚磷酸铝(AlH2P3O10)自身结构有Ⅰ型、Ⅱ型之分，Ⅰ型吸湿则转变为二水物即三聚磷酸二氢铝二水物(AlH2P3O10.2H2O)。所以步骤(3)水淬的目的，一是在得到无水三聚磷酸铝的基础上引入结晶水，从而使得三聚磷酸铝的化学式由AlH2P3O10→AlH2P3O10.2H2O；二是由于三聚磷酸铝自身硬度较大，机械强度较高，粉碎难度较大，水淬的过程利于降低三聚磷酸铝的硬度，以便降低后续粉碎难度。(4)将步骤(3)中得到的料浆送至离心机进行固液分离，制得滤饼；所得滤饼进行洗涤后再浆，制得浆料；因步骤(3)中制得的浆料含有游离磷酸和杂质，影响产品的纯净度，因此进行固液分离、洗涤将三聚磷酸铝和杂质分离开来，达到产品提纯的目的。考虑到尽可能的将产品进行提纯，可以重复进行步骤(4)的操作；(5)将步骤(4)中制得的浆料送入球磨机内，再加入改性剂进行化学改性，进行一定的时间的球磨；加入改性剂改性物质不会改变三聚磷酸铝原有的物质结构，但可以调节三聚磷酸铝的pH值，避免出现“闪锈”问题；同时，会对原有的单一磷酸盐的防锈能力进行弥补和增强。因三聚磷酸铝作为防锈颜料应用时，受细度、分散性的影响，所以需要进行球磨。6)将步骤(5)中球磨好的浆料送入喷雾干燥机经喷雾干燥，即制得改性的三聚磷酸铝产品。因三聚磷酸铝作为防锈颜料应用时，其性能好坏还受到产品的细度、比表面积、分散性、溶解性以及水解性等技术指标的影响采用喷雾干燥作为主要的干燥方式，可以在省去二次气流粉碎的情况下，保证得到粒度均匀三聚磷酸铝产品。进一步地，所述步骤(2)中高温聚合的反应温度为290～320℃，反应时间为2.0～3.0h。温度设置在此区间，能够保证反应的完全和彻底。进一步地，所述步骤(3)中水淬工艺用水的用量为三聚磷酸盐产品的1.0～1.5倍。水淬的过程是一个较为强烈的汽化过程，因混合物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料，原料主要包括：聚磷酸、氢氧化铝、改性剂，所述聚磷酸与氢氧化铝用量摩尔比为2.9～3.1。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用高温固相一步法制备的改性聚磷酸铝防锈颜料，原料主要包括：聚磷酸、氢氧化铝、改性剂，所述聚磷酸与氢氧化铝用量摩尔比为2.9～3.1。


2.根据权利要求1所述的防锈颜料，其特征在于，所述聚磷酸的五氧化二磷浓度为72％～83.5％，所述氢氧化铝的三氧化二铝含量为95～99％；
所述改性剂为ZnO、SiO2、CaSiO3和SrO中的一种或者多种。


3.根据权利要求2所述的防锈颜料，其特征在于，所述防锈颜料中五氧化二磷含量为50％～70％，三氧化二铝含量为10％～20％，改性剂含量为5％～30％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的防锈颜料的制备方法，其特征在于，先将聚磷酸和氢氧化铝采用高温固相一步法聚合反应得到三聚磷酸铝盐，再在三聚磷酸铝盐中加入改性剂进行化学改性，最后再经球磨、喷雾干燥最终得到粒度均匀的改性三聚磷酸铝产品。


5.根据权利要求4所述的防锈颜料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照比例将计量好的聚磷酸和氢氧化铝在混合设备内混合，在常温条件下搅拌至混合均匀，制得聚磷酸和氢氧化铝混合物；
(2)升温混合设备，将步骤(1)中制得的混合物在一定的温度和搅拌的条件下进行高温聚合反应，反应一定时间后，待混合物料变为白色的粉状物料后反应停止，制得三聚磷酸铝盐粉末；
(3)将步骤(2)中制得的粉末在搅拌的条件下，通过混合设备内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：马航，查坐统，曾波，王燕，
申请(专利权)人：云南省化工研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53