一种磷酸锌铝纳米晶体的合成方法技术

一种磷酸锌铝纳米晶体的合成方法，采用低热固相化学反应直接合成法，以锌盐粉末、铝盐粉末、磷酸盐粉末为原料，加入模板剂，在室温、常压的条件下混合后研磨，接着让反应混合物在室温～90℃下静置，然后用水洗去反应混合物中可溶性的无机盐副产物，过滤，将滤饼在100℃下烘干，得到磷酸锌纳米晶产品，其微晶粒径约为35nm。与现有技术相比，采用本发明专利技术所述方法得到的磷酸锌铝产品的缓蚀性能优于传统的磷酸锌或磷酸铝产品，是一种性能优越的防锈材料。并且具有反应不需要溶剂，反应条件较温和、易控制、工艺简单、原料来源广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磷酸锌铝晶体材料的合成方法，具体是。
技术介绍
磷酸锌是一种众所周知的防锈颜料，其优点主要有性能较好，无毒、白色或浅色， 折射率低，因此极容易调色；能分散在油性树脂型和水性等各种基料中；用它制备的涂料具有良好的施工性能，并能与金属底材或与面漆涂膜具有较强的附着力；原料易得，价格适中等。因此它被作为一种可选择的颜料被推广应用。但标准磷酸锌的防锈活性不足，这主要是由于这种颜料的溶解度低和水解性差。因此，用标准磷酸锌全面取代传统的有毒防锈颜料是困难的，特别是在水性底漆中，不仅在与铬酸锌相同PVC时达不到替代铬酸锌的目的， 就是超量加入也难以达到替代的目的。标准磷酸锌的另一缺点是显效延时，即形成有效保护膜的速度太慢，因此不能用于临时性保护涂料的各种保养底漆中。实践证明，单独采用标准磷酸锌于偏碱性的水性底漆中，不能克服所谓的“闪锈”问题。因此，它必须与铬酸盐配合才能用于电泳底漆中。普通正磷酸锌的晶体粒径约在5 μ m以下(一般为0. 5 4 μ m)，但因易聚集，真正体现出来的颜料粒径却大得多，有的甚至达到12μπι-20μπι或更大，并且粒度分布很宽。这样，因比表面积小和分散性不佳，防锈活性自然就不会高。为了达到全面取代传统含重金属防锈颜料的目的，必须对其进行改性，开发出新一代磷酸锌系活性防锈颜料。因此，研究出粒度小、分布窄的改性磷酸锌晶体是提高磷酸锌系颜料产品性能及扩大应用范围的关键。为了提高磷酸锌系颜料的防腐性能，人们所作的努力包括对磷酸锌系防锈颜料进行表面包膜处理和进行本体掺杂处理，以增加新的阳离子或增加新的阴离子或同时增加新的阳离子和新的阴离子，以便达到提高它的防锈活性和扩大应用范围的目的。其中，在磷酸锌中掺入铝离子可大大提高它的防锈活性，这归于适量铝的引入能调节磷酸锌的溶解性及在金属表面的附着力。在磷酸锌中掺铝的合成方面，目前国内已公开报道的合成方法主要有丁世文等发表了关于“三聚磷酸锌铝的合成与表征”的文章，该文以氧化锌和氢氧化铝作为锌源和铝源，磷酸作为磷源，首先在100-15(TC下溶解，再将得到的粘稠液在 250 400°C下聚合成三聚磷酸锌铝，所得产品的防锈性能超过国家标准的4倍，说明铝离子的存在起到了协同防腐的作用(《河北大学学报(自然科学版)》1992，12(4) :47-50) 0 其缺点是制备工艺较复杂，不易进行大规模生产。黄风华等发表了关于“磷酸锌铝分子筛ZAP0-5晶体的合成及表征”的文章，该文以拜铝石、磷酸、醋酸锌、有机模板剂为原料，通过水热法在160°C 200°C下经4 晶化制备磷酸锌铝。当模板剂为三乙醇胺时，合成了 P Al Zn= 12 11 1的ZAP0-5微晶；在氟离子体系中，用二乙氨基乙醇为模板剂时则得到了长度178 μ m的分子筛ZAPO — 5大单晶(《合成化学》2005，13 C3) :304-306)。但未见有该组成的磷酸锌铝有关作为防锈颜料的报道。中国专利200810063893. 9介绍了“纤维增强磷酸锌铝基复合材料及其制备方法”，制备纤维增强磷酸锌铝基复合材料是由纤维增强材料和磷酸锌铝胶凝材料制成；其制备方法如下在200 600°C条件下，将纤维增强材料热处理IOmin Ih ；然后按照模压成型工艺制备纤维增强磷酸锌铝基复合材料，其工艺参数为模压温度为85 300°C，模压压力为2 15MPa，模压时间为6 35小时。在以上报道的合成磷酸锌铝的方法中，以氧化锌和氢氧化铝作为锌源和铝源，磷酸作为磷源的液相反应法成本较高，产品的粒度不易调控；水热合成法虽能得到微晶的磷酸锌铝，但工艺条件苛刻，不易实现规模生产；溶胶-凝胶法制备磷酸锌铝也存在工艺条件苛刻，不易实现规模生产的缺点。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种制备工艺简单，易于工业化生产，所得磷酸锌铝纳米晶分散性好、缓蚀性能较高的磷酸锌铝纳米晶体的合成方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种磷酸锌铝晶体的合成方法，它采用低热固相化学反应法直接合成，具体工艺是，以锌盐粉末、铝盐粉末、磷酸盐粉末为原料，其原料配比为锌盐铝盐磷酸盐的物质质量比为0.05 0.95 0.05 0.95 2. 0 3. 0，加入模板剂，模板剂占整个反应物重量的0. 1 10% ；在室温、常压的条件下混合后研磨10 120min，接着让反应混合物在室温 90°C下静置1 5小时，然后用水洗去反应混合物中可溶性的无机盐副产物，过滤，将滤饼在100°C下烘干，得到磷酸锌铝纳米晶产品。上述的锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌中的一种或者在相容情况下的几种的组合。上述的铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或者在相容情况下的几种的组合；上述的磷酸盐选自磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸钾中的一种或者在相容情况下的几种的组合；上述的锌盐、铝盐和磷酸盐中至少有两种以上含有结晶水；上述的模板剂选自以上所述的模板剂可以是非离子型表面活性剂，质子化的有机胺中的一种或者相容情况下的组合；模板剂中的非离子型表面活性剂是椰子油烷基酰胺、 吐温系列、OP系列、聚乙二醇系列、聚醚系列、山梨酸甘油酯中的一种或者在相容情况下几种的组合；质子化有机胺是烷烃胺系列、烯烃胺系列、芳烃胺系列中的一种或者在相容情况下几种组合后与无机酸或有机酸所形成的盐。为了保证反应进行完全，三种无机盐混合反应前，模板剂须与锌盐粉末、铝盐粉末所组成的混合物或者磷酸盐粉末预先混合均勻，将模板剂预混入锌盐粉末、铝盐粉末所组成的混合物中，或者将模板剂预混入磷酸盐粉末中，或者模板剂分别预先混入三种盐的粉末中。上述的合成磷酸锌铝纳米晶的方法，在锌盐、铝盐和磷酸盐粉末混合反应前，模板剂先与锌盐、铝盐的混合物粉末或者磷酸盐粉末预先混合均勻，或者将模板剂预混入磷酸盐粉末中，或者模板剂分别预先混入三种盐的粉末中。以上所述的合成磷酸锌铝纳米晶的过程，用水洗去反应混合物中可溶性的无机盐副产物可以回收加以利用，即将其浓缩，可以制成其它副产品，如硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵、 氯化钠、氯化钾、醋酸钠、硝酸钠、硝酸钾等物质，在获得这些副产品的同时又能免于因直接排放环境造成的污染。以上述合成方法得到的磷酸锌铝纳米晶，产率在95%以上，实现了反应过程步骤少，不需溶剂，产率高，反应条件温和、易控制。采用本专利技术的方法所获得的产品对碳钢的缓蚀性能优于传统的磷酸锌或磷酸铝。本专利技术主要采用低热固相反应合成法，在室温、常压的条件下，由锌盐粉末、铝盐粉末、磷酸盐粉末在模板剂的诱导下、在有约束的、有序微囊化的结晶水介质中进行复分解转化反应。反应生成难溶性的二元金属磷酸盐及可溶性的无机盐副产物，同时释放出反应原料中的结晶水，接着可溶性的无机盐因过饱和，以晶体的形式结晶析出，或者生成的二元金属磷酸盐结合游离水生成结晶水，这些过程产生一个强烈的收缩力。在模板剂作模板的诱导下，上述的收缩力形成的强大内压力驱使无机盐周围的难溶的、且难于结晶的相应难溶金属磷酸盐也一同结晶。因相应金属的难溶磷酸盐经反应后均勻地分散于可溶性的无机盐周围，且不存在液相法中因不同金属难溶物溶度积的不同而产生分步沉淀问题，所以不同金属的磷酸盐间能以分子级的尺度均勻地混合在一起，使组成磷酸锌铝的离子间实现了自组装，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种磷酸锌铝纳米晶体的合成方法，其特征在于：它采用低热固相化学反应法直接合成，具体工艺是，以锌盐粉末、铝盐粉末、磷酸盐粉末为原料，其原料配比为：锌盐∶铝盐∶磷酸盐的物质质量比为０．０５～０．９５∶０．０５～０．９５∶２．０～３．０，加入模板剂，模板剂占整个反应物重量的０．１～１０％；在室温、常压的条件下混合后研磨１０～１２０ｍｉｎ，接着让反应混合物在室温～９０℃下静置１～５小时，然后用水洗去反应混合物中可溶性的无机盐副产物，过滤，将滤饼在１００℃下烘干，得到磷酸锌铝纳米晶体产品，其微晶粒径约为３５ｎｍ，上述的锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌中的一种或者在相容情况下的几种的组合；上述的铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或者在相容情况下的几种的组合；上述的磷酸盐选自磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸钾中的一种或者在相容情况下的几种的组合；上述的锌盐、铝盐和磷酸盐中至少有两种以上含有结晶水；上述的模板剂包括吐温系列、０Ｐ系列、聚乙二醇中的一种或者在相容情况下几种的组合；或者模板剂为乙二胺盐酸盐与吐温的组合；或者模板剂为三乙醇胺盐酸盐与吐温的组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进文，刘晨，吴文伟，苏鹏，廖森，樊艳金，吴学航，陈科云，詹海鸿，刘泽，白盈盈，范庆丰，李婷，罗思强，黄强，宋宇，满露梅，
申请(专利权)人：广西冶金研究院，广西大学，
类型：发明
国别省市：45