71刘平平,薛中等.防锈颜料三聚磷酸铝的研究进展.pdf

384 第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集 防锈颜料三聚磷酸铝的研究进展 1 2 2 刘平平 薛中 黄勇红 （1.华南理工大学化工所，广州，510641；2.广州机械科学研究院润滑所，广州，510701 ） 摘 要：本文针对三聚磷酸铝作为新型环境友好涂层缓蚀剂的应用越来越广泛，介绍了其性 质和制备，论述了其缓蚀机理、粉体化技术及其改性方面的发展，最后就EIS 技术对其性能 评价作一简介。 关键词：缓蚀剂，三聚磷酸铝，制备，改性，进展 1 前言 钢铁的腐蚀是钢铁受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象，缓蚀剂作为一种 经济有效的防护技术得到广泛地应用。无机缓蚀剂一般应用在涂层防护，也称之为防锈颜料。 其作用除了阻挡外，主要是通过形成钝化膜以防止水分、腐蚀介质的侵入，达到防锈目的。 目前，随着环境友好概念的提出，防锈颜料正向高效、多功能、无公害的技术目标发展，近 些年开发出来的三聚磷酸铝正是防锈颜料中的佼佼者。它的分子中含有P3O105－基团，能和 多种金属离子生成螯合物，在新鲜金属表面形成性能优良的防护膜，同时， P3O105－还有缓 缓地解聚成具有防锈性能的PO43－，它易于与铁反应形成优良的防蚀膜，该膜不溶于水，硬 度很高，从而使涂层呈现出优良的防腐性能。 20 世纪 50 年代法国、德国等国家就已开始研究，20 世纪 70 年代由日本开发成功并进 行工业化生产，商品名为K-white[1]，主要品种有: Ｋ- 白82、Ｋ- 白84、Ｋ- 白84 Ｓ和Ｋ- 白 105。 我国于 1981 年开始研究，经过小试和中试，于 1985 年由广西化工研究院建成国内第一套三 聚磷酸铝工业化生产装置，目前已形成以硅锌改性三聚磷酸铝和硅钙改性三聚磷酸铝为代表 [1] 的系列防锈颜料品种,年产量近 3000t 。 2 物理化学性能 2.1 分子式和化学结构式 分子式: AlH P O ·2H O 2 3 10 2 [2] 化学结构式 : 防锈颜料三聚磷酸铝的研究进展 385 2.2 理化特性: 产品为白色微晶粉末，相对密度为 3.0~3.1，无毒、无臭、微溶于水，不挥发；属于路 易斯固体酸，酸度高而酸强度弱（Pka=+ 1.5~ ＋1.6）；与硅酸盐反应缓和，可用作水玻璃或 硅溶胶的固化剂(硬化剂) ，不仅固化时间易于调整，而且赋于材料以耐水性、耐磨性和耐候 性；口服无毒性，不含铅、铬等有害重金属元素，热稳定性好，防锈性能优异。 3 防锈机理 三聚磷酸铝能释放出具有螯合能力很强的三聚磷酸根离子 （P3O105－），它对二价和三价 铁离子具有很高的螯合能力，形成以三聚磷酸铁为主体的复杂保护膜，这种磷酸盐保护膜难 溶于水，硬度高，与底材金属附着力强，即便在最容易生锈的金属切割部位也能提供优秀的 缓蚀保护；另一方面，涂膜中的三聚磷酸铝与渗透的水作用而解聚，转变为低分子化合物和 正磷酸盐，解聚过程中产生的活性磷酸根离子也可以再次与钢铁金属表面发生磷化和钝化作 用，生成同样卓越的钝化保护膜。反应如下： AlH P O ·2H O ＋Me—→Me AlP O ·2H O ＋H O 2 3 10 2 3 10 2 2 Me AlP O —→Me2＋＋Al3＋＋P O 5－ 3 10 3 10 三聚磷酸铝在不同PH值溶液中，其应用效果不同。在酸性条件下有利于P3O105－的稳 定，但同时也存在Ｈ+对铁基的腐蚀反应，且腐蚀反应的速度大于P O 5－在铁基上的成膜速 3 10 度，因此铁基得不到长久有效的保护。碱性条件下有利于PO43- 的稳定，形成的磷酸(亚)铁钝