一种包覆改性锌粉及其制备方法

摘要

一种包覆改性锌粉及其制备方法，所述包覆改性锌粉为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1000~2000目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度为10~30nm，本发明还包括所述包覆改性锌粉的其制备方法。本发明不仅可以降低锌粉与腐蚀介质大面积接触时的活化能，减少锌粉在防腐蚀初期的过度活化，同时还不削弱锌粉的导电能力，能增强富锌涂层的耐候性与耐盐雾性；本发明制备方法简单，成本低。

权利要求

1.一种包覆改性锌粉，其特征在于，为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1000 2000目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度10 30nm；

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所述的包覆改性锌粉的制备方法，包括以下步骤：（1）分别配置锌离子溶液和尿素溶液；

（2）将表面活性剂加入所述尿素溶液中并混合均匀，一边搅拌一边缓慢加入所述锌离子溶液，继续搅拌并升温进行反应；

（3）加入锌粉，将反应体系抽真空，搅拌、升温进行反应，从反应产物中分离出沉淀部分，得前驱体；

（4）将所述前驱体在真空条件下煅烧，冷却，即成；

步骤（2）中，所述表面活性剂为HLB值为12 15的表面活性剂，反应体系中加入的尿素与~锌离子的质量比为2 3:1.8 3.5。

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2. 根据权利要求1所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（1）中，所述锌离子溶液为可溶于水的无机锌盐溶液；所述锌离子溶液中锌离子与水的质量比为1.8 3.5:10 15；所述~ ~尿素溶液中尿素与水的质量比为2 3: 10 15。

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3.根据权利要求1或2所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（1）中，锌离子溶液的溶质为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1中任一项所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（2）中，尿素与表面活性剂的质量比为2 3:0.2 1。

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5.根据权利要求1或4所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（2）中，所述表面活性剂为OP‑10、OE‑20、OE‑10中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1或4中任一项所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（2）中，搅拌的速度为300‑500r/min；所述缓慢加入指的是：锌离子溶液经过5‑10min的逐渐加入；步骤（2）中，升温至80‑95℃进行反应；反应时间为30 60min。

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7.根据权利要求5中任一项所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（2）中，搅拌的速度为300‑500r/min；所述缓慢加入指的是：锌离子溶液经过5‑10min的逐渐加入；步骤（2）中，升温至80‑95℃进行反应；反应时间为30 60min。

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8.根据权利要求1或4所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（3）中，所述锌粉与步骤（2）中加入的锌离子的质量比为10 15:1。

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9.根据权利要求5所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（3）中，所述锌粉与步骤（2）中加入的锌离子的质量比为10 15:1。

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10.根据权利要求6所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（3）中，所述锌粉与步骤（2）中加入的锌离子的质量比为10 15:1。

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11.根据权利要求1所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（3）中，反应过程中反应体‑3 ‑5系内的真空度为10 10 Pa；步骤（3）中，所述搅拌的速度为600 800r/min；步骤（3）中，升~ ~温至95 120℃进行反应；反应时间为2 3h。

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12.根据权利要求1或11所述的包覆改性锌粉，其特征在于，步骤（4）中，所述煅烧的温度为300 400℃，煅烧的时间为2 3h。

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说明书

一种包覆改性锌粉及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锌粉及其制备方法，具体涉及一种改性锌粉及其制备方法。

背景技术

[0002] 锌粉是钢铁防腐蚀领域的底漆涂料中最常用的一种填料。含有锌粉的底漆一般被称作富锌底漆。富锌底漆在对钢铁行使防腐蚀作用主要依靠屏蔽保护与阴极保护两种手段。屏蔽保护就是通过涂料的致密性将腐蚀介质与钢铁基材相互隔绝。阴极保护则是依靠锌颗粒与锌颗粒、锌颗粒与钢铁基材在富锌底漆的涂层中相互接触，形成通畅的导电网络，从而达到电化学保护的目的。因此，锌粉是影响富锌底漆性能最为重要的填料之一。

[0003] 现在研究表明富锌底漆中有一大部分的锌在涂层大面积接触到腐蚀介质时，因过度的活化而被浪费掉。这个活化期在5%的NaCl溶液中通常会持续300小时左右，再此期间涂层的锌粉会快速的被氧化，导致涂层的服役寿命往往达不到理论值。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种包覆改性锌粉及其制备方法，该包覆改性锌粉能够减少锌粉在防腐蚀初期的过度活化，且不削弱锌粉的导电能力，增强富锌涂层的了防腐蚀能力，

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种包覆改性锌粉，为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1000 2000目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度为10~30nm。
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[0006] 本发明包覆改性锌粉的制备方法，包括以下步骤：

[0007] （1）分别配置锌离子溶液和尿素溶液；

[0008] （2）将表面活性剂加入所述尿素溶液中并混合均匀，一边搅拌一边缓慢加入所述锌离子溶液，继续搅拌并升温进行反应；

[0009] （3）加入锌粉，将反应体系抽真空，搅拌、升温进行反应，从反应产物中分离出沉淀部分，得前驱体；

[0010] （4）将所述前驱体在真空条件下煅烧，冷却，即成。

[0011] 优选地，步骤（1）中，所述锌离子溶液为可溶于水的无机锌盐溶液。

[0012] 优选地，步骤（1）中，所述锌离子溶液中锌离子与水的质量比为1.8 3.5:10 15。~ ~

[0013] 优选地，步骤（1）中，所述尿素溶液中尿素与水的质量比为2 3: 10 15。~ ~

[0014] 更优选地，步骤（1）中，锌离子溶液的溶质为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或两种以上。

[0015] 优选地，步骤（2）中，所述表面活性剂为HLB值为12 15的表面活性剂。表面活性剂~起到防止Zn(OH)2以自身形成晶核，当Zn(OH)2以锌粉为核形成沉淀并长大时，表面活性剂还起到防止颗粒团聚的作用。

[0016] 优选地，步骤（2）中，尿素与表面活性剂的质量比为2 3:0.2 1；反应体系中加入的~ ~尿素与锌离子的质量比为2 3:1.8 3.5。
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[0017] 更优选地，步骤（2）中，所述表面活性剂为OP‑10、OE‑20、OE‑10中的一种或两种以上。

[0018] 优选地，步骤（2）中，搅拌的速度为300‑500r/min。

[0019] 优选地，步骤（2）中，所述缓慢加入指的是：锌离子溶液经过5 10min逐渐加入。~

[0020] 优选地，步骤（2）中，升温至80‑95℃进行反应；反应时间为30 60min。~

[0021] 优选地，步骤（3）中，所述锌粉与步骤（2）中加入的锌离子的质量比为10 15:1。~

[0022] 优选地，步骤（3）中，所述锌粉的粒度为1000 2000目。

[0023] 优选地，步骤（3）中，反应过程中反应体系内的真空度为10~ ‑3 10‑5Pa。~

[0024] 优选地，步骤（3）中，所述搅拌的速度为600 800r/min。速度太慢则锌粉分散不均~匀，太快则Zn(OH)2包覆不完整。

[0025] 优选地，步骤（3）中，升温至95 120℃进行反应；反应时间为2 3h。~ ~

[0026] 优选地，步骤（4）中，所述煅烧的温度为300 400℃，煅烧的时间为2 3h。~ ~

[0027] 本发明制备方法的原理：

[0028] 本发明的制备过程中，步骤（2）中在水溶液环境中混合锌离子与尿素，升温并搅‑ 2‑ ‑拌；此时尿素会因升温而逐渐水解，提供OH ；Zn 与OH能生成不溶于水的Zn(OH)2，但这个过程是缓慢的，因此此时体系中并未有大量Zn(OH)2；步骤（3）中开启抽真空装置可防止锌粉与氧气和水反应，此时升高温度可提高尿素水解速度，体系中Zn(OH)2大量产生，且以锌粉为核，形成Zn(OH)2包覆锌粉的不溶性沉淀；步骤（4）中将前驱体放入真空条件下煅烧。Zn(OH)2经高温分解为ZnO和H2O，因在真空环境下，水不会与锌反应，冷却后就得到了被纳米氧化锌包覆的锌粉。

[0029] 本发明中尿素与含锌无机盐的含量可以控制氧化锌壳层的最大厚度，步骤（2）和（3）的反应条件能控制尿素的水解程度，从而达到进一步调整氧化锌壳层的厚度和形貌，使锌粉表面包覆一层纳米氧化锌，避免氧化锌壳层厚度过大时锌粉在涂层中的电连接降低，也不会因氧化锌壳层厚度过小而包覆不完全。

[0030] 本发明有益效果：本发明不仅可以降低锌粉与腐蚀介质大面积接触时的活化能，减少锌粉在防腐蚀初期的过度活化，同时还不削弱锌粉的导电能力，能增强富锌涂层的耐候性与耐盐雾性；本发明制备方法简单，成本低。

附图说明

[0031] 图1是本发明实施例1的包覆改性锌粉的扫描电镜图。

[0032] 图2是采用本发明实施例1的包覆改性锌粉制备的富锌涂层的表面电阻测试结果图。

[0033] 图3是普通富锌涂层的表面电阻测试结果图。

[0034] 图4是采用本发明实施例1的包覆改性锌粉制备的富锌涂层与普通富锌涂层的极化曲线。

[0035] 图5是采用本发明实施例1的包覆改性锌粉制备的富锌涂层经过1000h中性盐雾试验后的光学照片。

[0036] 图6是普通富锌涂层经过1000h中性盐雾试验后的光学照片。

具体实施方式

[0037] 以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

[0038] 本发明实施例所使用的原料，均通过常规商业途径获得。

[0039] 实施例1

[0040] 本实施例的包覆改性锌粉，为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1200目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度为10nm。图1为本实施例的包覆改性锌粉的扫描电镜图，通过图1可以看出锌粉被厚度为10nm的氧化锌壳层所包覆。

[0041] 本实施例的制备方法如下：

[0042] （1）将4g尿素与21g去离子水制备成尿素溶液，将5g硝酸锌（含锌离子3.45g）与20g去离子水制备成锌离子溶液；

[0043] （2）将0.5g的表面活性剂OP‑10加入尿素溶液中，搅拌均匀后将含表面活性剂的尿素溶液置入三口烧瓶中；将三口烧瓶连接上加热装置与抽真空装置；开启搅拌器，转速为300r/min，缓慢加入锌离子溶液（加入过程耗时5min）；开启加热装置，继续搅拌、升温至80℃。保持30min进行反应；

[0044] （3）向三口烧瓶中加入49.5g锌粉（1200目），开启抽真空装置，抽至气压为10‑3Pa；将搅拌转速升高到600r/min、升温至105℃反应3h；将反应得到的悬浊液过滤，再将得到的混合物分别使用去离子水与乙醇清洗3遍，真空烘干，得前驱体；

[0045] （4）将所述前驱体放入真空管式炉内，320℃煅烧3h，待冷却后取出，得到最终产品。

[0046] 使用重锤式表面电阻测试仪测量涂层表面的电阻率，首先测量前将待测面清理干净，将重锤平整放置在测试样板上，按下测试按钮，待读数稳定即可。每次测量的环境均在温度25℃、湿度60%的实验室内进行。图2为采用本实施例的包覆改性锌粉制备的富锌涂层的测试结果，图3为采用普通锌粉制备的普通富锌涂层的测试结果（两种涂层中锌粉的含量为干膜固含的95%，其余组分皆相同），可见包覆改性锌粉制备的富锌涂层与普通富锌涂层表面电阻率一致，说明本发明包覆改性锌粉制备的富锌涂层导电性未被削弱。

[0047] 采用美国Gamry电化学仪器公司的Interface1000电化学工作站进行电化学测试。2
测试系统为三电极体系，以金属铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，涂覆有2cm 富锌涂层的基材为工作电极，并使用3.5%的NaCl溶液作为腐蚀介质。图4为所得包覆改性锌粉所制备的富锌涂层与普通富锌涂层的极化曲线（两种涂层中锌粉的含量为干膜固含的95%，其余组分皆相同），黑线为改性锌粉制备的富锌涂层，灰线为普通锌粉制备的富锌涂层。图中黑线的阳极曲线未出现波谷，代表涂层未出现活化‑钝化的过程，说明了本发明的改性锌粉有效的解决了锌粉过度活化的问题。

[0048] 采用本实施例的包覆改性锌粉制备富锌涂层，与采用普通锌粉制备的普通富锌涂层进行1000h中性盐雾试验，两种涂层中锌粉的含量为干膜固含的95%，其余组分皆相同。试验结果如图5、图6所示，可以看出图5中的富锌漆膜完好无损，而图6中的富锌漆膜已经被腐蚀，出现红锈；说明本发明包覆改性锌粉大大延长了涂层的阴极保护时间，也辅证了本发明降低了锌粉的活化能。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例的包覆改性锌粉，为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1000目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度为15nm。

[0051] 本实施例的制备方法如下：

[0052] （1）将6g尿素与24g去离子水制备成尿素溶液，将8g氯化锌（含锌离子3.84g）与22g去离子水制备成锌离子溶液；

[0053] （2）将0.5g的表面活性剂OE‑20加入尿素溶液中，搅拌均匀后将含表面活性剂的尿素溶液置入三口烧瓶中；将三口烧瓶连接上加热装置与抽真空装置；开启搅拌器，转速为500r/min，缓慢加入锌离子溶液（加入过程耗时8min）；开启加热装置，继续搅拌、升温至90℃，保持30min进行反应；

[0054] （3）向三口烧瓶中加入39.5g锌粉（1000目），开启抽真空装置，抽至气压为10‑3 Pa；将搅拌转速升高到800r/min、升温至105℃反应2h；将反应得到的悬浊液过滤，再将得到的混合物分别使用去离子水与乙醇清洗3遍，真空烘干，得前驱体；

[0055] （4）将所述前驱体放入真空管式炉内，320℃煅烧3h，待冷却后取出，得到最终产品。

[0056] 实施例3

[0057] 本实施例的包覆改性锌粉，为纳米氧化锌薄膜包覆改性的锌粉，所述锌粉的粒度为1500目，所述纳米氧化锌薄膜的厚度为10nm。

[0058] 本实施例的制备方法如下：

[0059] （1）将3.5g尿素与24g去离子水制备成尿素溶液，将4g氯化锌（含锌离子1.92g）与22g去离子水制备成锌离子溶液；

[0060] （2）将0.5g的表面活性剂OE‑20加入尿素溶液中，搅拌均匀后将含表面活性剂的尿素溶液置入三口烧瓶中；将三口烧瓶连接上加热装置与抽真空装置；开启搅拌器，转速为450r/min，缓慢加入锌离子溶液（加入过程耗时10min）；开启加热装置，继续搅拌、升温至80℃，保持40min进行反应；

[0061] （3）向三口烧瓶中加入10g锌粉（1500目），开启抽真空装置，抽至气压为10‑3 Pa；将搅拌转速升高到800r/min、升温至105℃反应2h；将反应得到的悬浊液过滤，再将得到的混合物分别使用去离子水与乙醇清洗3遍，真空烘干，得前驱体；

[0062] （4）将所述前驱体放入真空管式炉内，320℃煅烧3h，待冷却后取出，得到最终产品[0063] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。