CN102732932B - 一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属粉的表面处理领域，具体为一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法。采用阳极氧化技术，首先将铝粉进行化学脱脂酸、清洗后置于电解液中，在搅拌下，使铝粉随时接触阳极，实现铝粉的阳极氧化，从而在铝粉表面形成氧化物膜，达到抑制铝粉析氢目的。本发明解决现有铝粉在水性涂料中稳定性差，容易发生析氢的实际问题，其制作工艺简单、且又能显著提高铝粉的抑制析氢性能，适合大规模的生产。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉的表面处理领域，具体为一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法。
背景技术
铝粉是常见的金属颜料之一，具有特殊的二维结构与优良的物理化学性能，广泛应用于涂料、塑料和印刷油墨等行业。
随着国外限制向大气排放有毒物的规定日趋严格，人们在许多产品中试图用水代替有机溶剂和稀释剂，例如水性漆、水性油墨等，作为水性涂料用的铝颜料要求具有较好的耐水、耐酸碱性能，而片状铝粉具有很大的比表面积，很容易与水反应，在水性体系中它的金属光泽会遭到破坏，由此产生的氢气还会诱发燃烧或爆炸的危险。因此，铝粉颜料用于水性体系中必须保护其表面不与水反应，同时还应考虑不损害颜料性能，成本也应适宜。
铝粉的表面钝化是最早使用的化学保护法，该方法是钝化剂处理铝粉，使其表面形成一层钝化膜，最有效的钝化剂是铬酸盐。但由于六价的铬离子对环境的污染极其严重，并且还有致癌作用，因此在使用上受到了限制。人们正在寻求其它有效而对社会无害的方法来对铝粉进行表面处理，使其在涂料体系中有较好的稳定性。
目前，国内外对铝粉表面处理研究较多，其主要集中在铝粉的包覆处理上。包覆法是在铝粉表面包覆一层或多层有机/无机纳米粒子，隔绝铝颜料与腐蚀介质的接触，保护铝颜料不受腐蚀介质的腐蚀，同时保持了颜料的特有光泽。但是此方法工艺复杂，而且其对析氢的抑制效果不理想，目前无法满足实际的水性涂料的生产要求。
发明内容：
本发明的目的是提出一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，解决现有铝粉在水性涂料中稳定性差，容易发生析氢的实际问题，其制作工艺简单、且又能显著提高铝粉的抑制析氢性能，并且在水性涂料体系中分散性良好，适合大规模的生产。
本发明采取以下技术方案：
一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，包括如下步骤和工艺条件：
第一步，以质量份数计，将5～20份铝粉分散于50～150份脱酯溶液中，15～60℃下搅拌1～8分钟，之后用30～80℃的热水进行漂洗，烘干；
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为20～80V，阳极电流密度为2-15安/分米2，温度30-50℃，经60～100min阳极氧化处理后，即可出槽；
本发明所配制的电解液为碱性电解液，碱性电解液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠、柠檬酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙二胺四乙酸(EDTA)中的一种或一种以上水溶液组成，所稀释的浓度范围为：
氢氧化钠：1～60g/L；氢氧化钾：5～50g/L；碳酸钠：3～15g/L；磷酸三钠：5～15g/L；硅酸钠：0.5～10g/L；柠檬酸钠：0.5～5g/L；十二烷基苯磺酸钠：1～6g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1～5g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.05～0.5g/L；钼酸钠：0.1～5g/L；钼酸铵：2～55g/L。
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在30～80℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
本发明所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径一般为0.5～100μm，厚度一般为0.05～1μm。
本发明所选用的脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成，各组分的含量如下：
氢氧化钠20-30g/L，碳酸钠15-20g/L，磷酸三钠10-15g/L，硅酸钠1-3g/L，其余为水。
本发明所选用的阳极材料为金属钛、DSA电极(钛基尺寸稳定电极)、铂、金、不锈钢其中的一种。
本发明所选用的阴极材料为金属钛、DSA电极(钛基尺寸稳定电极)、铂、金、不锈钢、石墨其中的一种。
本发明的优点：
1、本发明工艺简单，生产周期短，适合工业生产。
2、本发明采用的阳极氧化电解液为碱性，且对处理后的铝粉无腐蚀影响。
3、本发明处理后的铝粉，具有较好的耐析氢性能。
具体实施方式
以下实施例中的份数，均为质量份数。
实施例一：
第一步，以质量份数计，将5份铝粉分散于50份脱酯溶液中，20℃下搅拌2分钟，之后用35℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为0.5～3μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为20V，阳极电流密度为2安/分米2，温度30℃，经60min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在45℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠23g/L，碳酸钠18g/L，磷酸三钠12g/L，硅酸钠2g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钠：22g/L；碳酸钠：8g/L；磷酸三钠：8g/L；柠檬酸钠：0.5g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.09g/L；钼酸钠：2g/L，余量为水。
阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用石墨。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了92％。析氢实验中的腐蚀介质及实验方法参照文献：李庆鹏，丁国强，刘建国，赫秀娟，严川伟.SiO2包覆铝粉对锌铝混合粉的析氢抑制[J].腐蚀科学与防护技术，2010，22(6)：484-489.
实施例二：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将8份铝粉分散于75份脱酯溶液中，20℃下搅拌3分钟，之后用40℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为3～8μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为30V，阳极电流密度为4安/分米2，温度35℃，经70min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在45℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠25g/L，碳酸钠17g/L，磷酸三钠12g/L，硅酸钠1g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钾：20g/L；碳酸钠：10g/L；硅酸钠：6g/L；柠檬酸钠：3g/L；十二烷基苯磺酸钠：4g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.2g/L；钼酸铵：5g/L，余量为水。
阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用不锈钢。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了90％。
实施例三：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将10份铝粉分散于95份脱酯溶液中，25℃下搅拌4分钟，之后用45℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为10～20μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为40V，阳极电流密度为6安/分米2，温度40℃，经75min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在50℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠30g/L，碳酸钠15g/L，磷酸三钠10g/L，硅酸钠3g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钠：30g/L；氢氧化钾：10g/L；磷酸三钠：5g/L；硅酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：2g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L；钼酸钠：0.5g/L；钼酸铵：6g/L，余量为水。
阳极采用不锈钢，阴极采用石墨。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了88％。
实施例四：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将12份铝粉分散于110份脱酯溶液中，30℃下搅拌5分钟，之后用50℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为20～30μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为50V，阳极电流密度为8安/分米2，温度35℃，经80min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在50℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠20g/L，碳酸钠20g/L，磷酸三钠15g/L，硅酸钠2g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钠：30g/L；碳酸钠：5g/L；磷酸三钠：10g/L；柠檬酸钠：3g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：3g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.4g/L；钼酸钠：4g/L；钼酸铵：10g/L，余量为水。
阳极采用金属钛，阴极采用不锈钢。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了90％。
实施例五：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将14份铝粉分散于120份脱酯溶液中，35℃下搅拌6分钟，之后用45℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为30～40μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为55V，阳极电流密度为10安/分米2，温度40℃，经85min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在60℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠24g/L，碳酸钠16g/L，磷酸三钠13g/L，硅酸钠2g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钾：30g/L；碳酸钠：10g/L；磷酸三钠：5g/L；硅酸钠：4g/L；十二烷基苯磺酸钠：1.5g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2.5g/L；钼酸铵：7g/L，余量为水。
阳极采用金属金，阴极采用不锈钢。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了96％。
实施例六：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将16份铝粉分散于130份脱酯溶液中，40℃下搅拌6分钟，之后用50℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为50～60μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为60V，阳极电流密度为12安/分米2，温度45℃，经90min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在70℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠27g/L，碳酸钠16g/L，磷酸三钠11g/L，硅酸钠2g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钠：10g/L；氢氧化钾：20g/L；碳酸钠：5g/L；柠檬酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：3g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.2g/L；钼酸钠：1g/L；钼酸铵：3g/L，余量为水。
阳极采用金属铂，阴极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了93％。
实施例七：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将18份铝粉分散于140份脱酯溶液中，45℃下搅拌7分钟，之后用55℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为70～80μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为70V，阳极电流密度为14安/分米2，温度50℃，经60min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在80℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠27g/L，碳酸钠18g/L，磷酸三钠13g/L，硅酸钠1g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钾：40g/L；碳酸钠：10g/L；磷酸三钠6g/L；柠檬酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：1g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2g/L；钼酸铵：10g/L，余量为水。
阳极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)，阴极采用DSA电极(钛基尺寸稳定电极)。
经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了85％。
实施例八：
与实施例一不同之处在于，
第一步，以质量份数计，将20份铝粉分散于150份脱酯溶液中，60℃下搅拌8分钟，之后用60℃的热水进行漂洗，烘干；
本实施例中，所选用的铝粉颜料均为片状铝粉颜料，片径为4～9μm，厚度为0.05～1μm。
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态(将阴极用小于铝粉粒径的漉网或滤纸包住)，接通直流电源，控制电压为80V，阳极电流密度为15安/分米2，温度35℃，经100min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在60℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉。
脱脂溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成。各组分的含量如下：
氢氧化钠22g/L，碳酸钠19g/L，磷酸三钠15g/L，硅酸钠3g/L；余量为水。
电解液组成如下，氢氧化钠：5g/L；氢氧化钾：30g/L；磷酸三钠：10g/L；硅酸钠：6g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2g/L；乙二胺四乙酸(EDTA)：0.5g/L；钼酸钠：5g/L，余量为水。
阳极采用金属钛，阴极采用石墨。经阳极氧化处理后的铝粉，有较好的耐腐蚀性，其抑制效率达到了95％。
结果表明，本发明采用阳极氧化技术，首先将铝粉进行化学脱脂酸、清洗后置于电解液中，在搅拌下，使铝粉随时接触阳极，实现铝粉的阳极氧化，从而在铝粉表面形成氧化物膜，达到抑制铝粉析氢目的。本发明方法工艺简单，制备的铝粉在水性体系中分散良好，具有较好的耐析氢性能。
Claims (4)
1.一种在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件：
第一步，以质量份数计，将5～20份铝粉分散于50～150份脱酯溶液中，15～60℃下搅拌1～8分钟，之后用30～80℃的热水进行漂洗，烘干；
第二步，将第一步制取的铝粉放入电解液中，使铝粉呈漂浮状态，边流动边随时接触阳极，并保持不接触阴极状态，接通直流电源，控制电压为20～80V，阳极电流密度为2～15安／分米2，温度30-50℃，经60～100min阳极氧化处理后，即可出槽；
第三步，将第二步所制的铝粉过滤，并用冷水反复洗涤，在30～80℃的烘箱中，烘干，制得阳极极化的铝粉；
所述电解液为碱性电解液，碱性电解液组成为：氢氧化钠：22g/L；碳酸钠：8g/L；磷酸三钠：8g/L；柠檬酸钠：0.5g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L；乙二胺四乙酸：0.09g/L；钼酸钠：2g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钾：20g/L；碳酸钠：10g/L；硅酸钠：6g/L；柠檬酸钠：3g/L；十二烷基苯磺酸钠：4g/L；乙二胺四乙酸：0.2g/L；钼酸铵：5g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钠：30g/L；氢氧化钾：10g/L；磷酸三钠：5g/L；硅酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：2g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L；钼酸钠：0.5g/L；钼酸铵：6g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钠：30g/L；碳酸钠：5g/L；磷酸三钠：10g/L；柠檬酸钠：3g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：3g/L；乙二胺四乙酸：0.4g/L；钼酸钠：4g/L；钼酸铵：10g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钾：30g/L；碳酸钠：10g/L；磷酸三钠：5g/L；硅酸钠：4g/L；十二烷基苯磺酸钠：1.5g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2.5g/L；钼酸铵：7g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钠：10g/L；氢氧化钾：20g/L；碳酸钠：5g/L；柠檬酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：3g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：1g/L； 乙二胺四乙酸：0.2g/L；钼酸钠：1g/L；钼酸铵：3g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钾：40g/L；碳酸钠：10g/L；磷酸三钠6g/L；柠檬酸钠：2g/L；十二烷基苯磺酸钠：1g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2g/L；钼酸铵：10g/L，余量为水；
或者，碱性电解液组成为：氢氧化钠：5g/L；氢氧化钾：30g/L；磷酸三钠：10g/L；硅酸钠：6g/L；脂肪醇聚氧乙烯醚：2g/L；乙二胺四乙酸：0.5g/L；钼酸钠：5g/L，余量为水。
2.按照权利要求1所述的在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，铝粉为片状铝粉。
3.按照权利要求1所述的在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，脱酯溶液为氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、硅酸钠混合组成，其各组分的含量如下：氢氧化钠20-30g/L；碳酸钠15-20g/L；磷酸三钠10-15g/L；硅酸钠1-3g/L，其余为水。
4.按照权利要求1所述的在碱性条件下铝粉阳极氧化抑制析氢的方法，其特征是，阳极采用金属钛、DSA电极、铂、金、不锈钢中的一种，阴极采用金属钛、DSA电极、铂、金、不锈钢、石墨中的一种。
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