一种易分散的磷铁粉颜料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种易分散磷铁粉颜料组合物及其制备方法，该颜料由磷铁粉、云母氧化铁、硅酸锌、锌铁粉和超分散剂组成或制成。采用该颜料组合物的环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯树脂涂料具有优异的防腐性能以及耐水、耐盐雾性能，既可以作为底漆使用也可以作为面漆使用，并且重涂和修补性好，维修方便，生产工艺简单，性价比高。

权利要求书
1.  磷铁粉颜料组合物，它包括以下组分或由以下组分组成，或该组合物是通过将下列组分在含水介质中混合、粉碎和干燥而制成的：
磷铁粉：40-100重量份，优选50-95重量份，更优选60-90重量份，更优选70-80重量份；云母氧化铁：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；硅酸锌：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；锌铁粉：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；超分散剂：0.2-20重量份，优选0.25-15重量份，更优选0.3-12重量份，更优选0.4-8。

2.  根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：磷铁粉选自于人工制备的磷铁粉，天然磷铁矿经破碎而成的磷铁粉或磷矿粉中的一种或多种；和/或
云母氧化铁选自于天然云母氧化铁或人工制备的云母氧化铁中的一种或两种。

3.  根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于：所述磷铁粉的五氧化二磷含量高于20wt％，优选高于25wt％，更优选高于30％；和/或
所述磷铁粉的细度或平均粒度小于45μm，优选小于40μm，更优选小于35μm，更优选小于30μm。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于：所述云母氧化铁的细度或平均粒度小于45μm，优选小于40μm，更优选小于35μm，更优选小于30μm。

5.  根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于：所述超分散剂选自于硅烷偶联剂、阴离子型超分散剂、阳离子型超分散剂中的一种或多种；优选是硅烷偶联剂或海明斯德谦公司的FX365润湿分散剂。

6.  制备权利要求1-5中任何一项的磷铁粉颜料组合物的方法，该方法包括以下步骤：
(1)混合颜料粉体的制备：按照下述用量称取磷铁粉、云母氧化铁、硅酸锌、锌铁粉并掺混在一起，然后将它们搅拌均匀，加入粉碎机中充分混合，得到混合颜料粉体；
磷铁粉：40-100重量份，优选50-95重量份，更优选60-90重量份，更优选70-80重量份；云母氧化铁：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；硅酸锌：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；锌铁粉：10-80重量份，优选15-70重量份，更优选20-60重量份，更优选30-50重量份；
(2)超分散剂溶液的配制：将0.2-20重量份，优选0.25-15重量份，进一步优选0.3-12重量份，再进一步优选0.4-8，更优选0.5-5重量份的超分散剂溶解于(例如1.5-50重量份，如3-45 重量份、6-40重量份或8-30重量份)醇水溶液中；
(3)颜料组合物的制备：将超分散剂溶液加入混合颜料粉体中并均匀混合。

7.  根据权利要求6的方法，其中步骤(3)是在气流粉碎机中进行的。

8.  根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于在步骤(2)中，醇水溶液中的醇与水的质量比为5-13:1，优选6-12:1，更优选7-10:1；和/或
在步骤(2)中所述的醇是甲醇或乙醇，优选是乙醇。

9.  由权利要求6-8中任何一项所述的方法制备的磷铁粉颜料组合物。

10.  权利要求1-5中任何一项所述的或权利要求9所述的磷铁粉颜料组合物用于涂料中，尤其用于环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯树脂涂料中的用途。

说明书一种易分散的磷铁粉颜料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磷铁粉颜料组合物、其制备方法和在涂料如环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂涂料中的应用，更具体的说涉及一种易分散的磷铁粉颜料组合物及其制备方法和用途。 
技术背景
材料腐蚀给全球经济带来了巨大的损失，是全世界面临的严重问题。为了减少腐蚀的损失，人们采取了许多措施，但仍以防腐涂料最为有效、最经济、应用最普遍。 
颜填料是防腐、防锈涂料中的重要组成部分，也是使得防腐、防锈涂料具有防腐、防锈作用的重要因素。 
防腐、防锈涂料的生产过程中，需要将防锈颜料分散在清漆中，但由于一般防腐颜料粉体团聚严重，在加入到清漆中后，其团聚难以打开，需要通过长时间的研磨分散，才能将涂料细度降低。 
为了提高生产效率，减少研磨时间，通常在研磨时加入超分散剂，通过超分散剂的键接作用，提高颜料在对于树脂的润湿性，从而打开粉体团聚，降低颜料细度。但是，即使使用了超分散剂，颜料在不进行研磨的情况下，其细度任然难以降低，达到使用要求。 
发明内容
本发明的目的是要提供一种易分散的磷铁粉颜料及其制备方法，此易分散的磷铁粉颜料，不含重金属、环保无毒，在不进行研磨的情况下，极易分散于涂料中，形成较小的细度。并且，此易分散的磷铁粉颜料可分散在涂料中，制备成的防腐涂料具有优良的防腐性能。 
易分散的磷铁粉颜料以磷矿粉为主要原料，用云母氧化铁、硅酸锌、锌铁粉等为辅助增强材料，添加了超分散剂为分散辅助材料，超分散剂的锚固基团与磷铁粉紧密链接，超分散剂的聚合物溶剂化链通过空间位阻效应(熵排斥)与溶剂产生排斥作用，使得颜料粉体稳定地悬浮在涂料中。 
根据本发明的第一个实施方案，提供一种(易分散的)磷铁粉颜料组合物，它包括以下组分或由以下组分组成，或该组合物是通过将下列组分在含水介质中混合、粉碎和干燥而制成 的： 
磷铁粉 40-100重量份，优选50-95重量份，进一步优选60-90重量份，再进一步优选70-80重量份； 
云母氧化铁 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
硅酸锌 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
锌铁粉 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
超分散剂 0.2-20重量份，优选0.25-15重量份，进一步优选0.3-12重量份，再进一步优选0.4-8，更优选0.5-5重量份。 
优选的是，上述几种组分的总用量是200重量份。 
一般来说，这里所述的磷铁粉选自于人工制备的磷铁粉，天然磷铁矿经破碎而成的磷铁粉或磷矿粉中的一种或者多种。 
优选的是，磷铁粉为五氧化二磷含量在20wt％以上，优选在25wt％以上，进一步优选在30％以上的磷铁粉。 
优选，磷铁粉的细度或平均粒度小于45μm，优选小于40μm，进一步优选小于35μm，再进一步优选小于30μm。 
优选，云母氧化铁选自于天然云母氧化铁、人工制备的云母氧化铁中的一种或两种。 
优选，云母氧化铁的细度或平均粒度小于45μm，优选小于40μm，进一步优选小于35μm，再进一步优选小于30μm。 
优选，超分散剂选自于硅烷偶联剂、阴离子型超分散剂、阳离子型超分散剂中的一种或多种。优选是硅烷偶联剂。 
优选，超分散剂为海明斯公司的超分散剂，例如海明斯德谦FX365润湿分散剂。 
超分散剂也可以使用聚丙烯酸酯型超分散剂。超分散剂的分子结构分为两部分：其中一部分为锚固基团，常见的有R2N、R3N+、COOH、COO-、SO3H、SO2-、PO42-、多元胺、多元醇及聚醚等，它们可通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在固体颗粒表面，防止超分散剂脱附；另一部分为溶剂化链，常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃及聚丙 烯酸酯等，按极性大小可分为三种：低极性聚烯烃链；中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链等；强极性的聚醚链。在极性匹配的分散介质中，溶剂化链与分散介质具有良好的相容性，在分散介质中采取比较伸展的构象，在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层。 
根据本发明的第二个实施方案，提供一种制备上述易分散磷铁粉颜料组合物的方法，该方法包括以下步骤： 
(1)混合颜料粉体的制备：按照下述用量称取磷铁粉、云母氧化铁、硅酸锌、锌铁粉并掺混在一起，然后将它们搅拌均匀，加入粉碎机中充分混合，得到混合颜料粉体； 
磷铁粉 40-100重量份，优选50-95重量份，进一步优选60-90重量份，再进一步优选70-80重量份； 
云母氧化铁 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
硅酸锌 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
锌铁粉 10-80重量份，优选15-70重量份，进一步优选20-60重量份，再进一步优选30-50重量份； 
(2)超分散剂溶液的配制：将0.2-20重量份，优选0.25-15重量份，进一步优选0.3-12重量份，再进一步优选0.4-8，更优选0.5-5重量份的超分散剂溶解于(例如1.5-50重量份，如3-45重量份、6-40重量份或8-30重量份)醇水溶液中； 
(3)混合：将超分散剂溶液加入混合颜料粉体中并均匀混合(例如在气流粉碎机中)。 
在本发明的上述实施方案中，步骤(1)中粉碎机的转速为4000-25000r/min，优选5000-20000r/min，进一步优选6000-18000r/min，再进一步优选7000-15000r/min。 
一般来说，步骤(1)中粉碎机的粉碎时间为30-300s，优选40-280s，进一步优选50-260s，再进一步优选60-240s，最优选60-200s。 
对于步骤(2)中的醇水溶液，其中醇与水的质量比为12：1，优选10：1，进一步优选8：1。 
优选的是，步骤(2)中醇水溶液中的醇是甲醇或者乙醇，优选乙醇。 
优选的是，步骤(3)中气流粉碎机的转速为1000-3000r/min，优选1500-2500r/min，进一步优选1800-2200r/min。 
优选的是，步骤(3)中气流粉碎机的粉碎时间为5-30min，优选8-25min，进一步优选 10-20min，最有选12-18min。 
本发明的易分散磷铁粉颜料组合物用于涂料中，优选与环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂配合使用，即用于环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料或聚氨酯树脂涂料中。 
在本发明中，磷铁粉是基础原料，防腐作用突出。 
在本发明中，云母氧化铁片状结构、高纵横比的云母氧化铁，化学稳定性、吸水性良好，耐磨、耐高温(600％以上)性好，在涂层中呈片层状排列，可以提高涂层耐蚀性能，提高涂膜的耐候性、抗透水性、增强涂膜与基质附着力和涂膜强度。云母氧化铁与磷铁粉配合实用，具有独特的效果：①有良好的形成膜，②优良的附着力和连接特性，③抗大气污染和紫外光无辐射，④极佳的耐久性，⑤容易涂装成厚膜等，⑥防锈性能优异。 
在本发明中，硅酸锌与锌铁粉相结合使用，在金属(如钢铁)基体表面形成具有电化学保护及物理屏蔽的双重保护功能阻止金属(如钢铁)的锈蚀，具有优异的防锈性和耐久性。 
在本发明中，超分散剂接枝在颜料表面，提高颜料粉体在树脂中的润湿性和分散性，提高分散效果，减少搅拌时间。 
本发明中所用的材料、试剂和设备均是常见的，均有市售。 
本发明中“任选地”表示进行或不进行。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。本文未详述的技术方法，均为本领域常用的技术方法。 
本发明的有益技术效果 
(1)磷铁粉是基础原料，防腐作用突出，将云母氧化铁与磷铁粉配合实用，产生了独特的效果：①有良好的形成膜，②优良的附着力和连接特性，③抗大气污染和紫外光无辐射，④极佳的耐久性，⑤容易涂装成厚膜等，⑥防锈性能优异。 
(2)硅酸锌和锌铁粉利用锌的强活性，在钢基体表面形成具有电化学保护及物理屏蔽的双重保护功能阻止钢铁的锈蚀，具有优异的防锈性和耐久性，但是抗磨性及耐水性能不佳。它们两者通过与云母氧化铁和磷铁粉相结合使用，即确保了在金属基体上形成致密的颜料膜层，产生了优异的防锈性能和耐久性，同时还意外地发现颜料组合物仍然具有突出的密封性、耐磨性和耐水性。 
(3)超分散剂接枝在颜料表面，提高颜料粉体在树脂中的润湿性，提高分散效果，减少搅拌时间。 
(4)本发明的颜料组合物具有显著的屏蔽作用，通过薄片粒子的相互重叠，使水分和腐 蚀性介质扩散通道延伸而受阻，能提供长期防腐功效。 
(5)本发明的颜料组合物在贮存过程中以及被添加到树脂涂料中时，能够保持良好的分散性，即以一定强度的颗粒形式存在，并且不发生颜料组合物颗粒的团聚或破碎。 
具体实施方式
为了进一步了解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步的详细阐述，但并非对本发明的限制，应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。 
实施例1(对比) 
一种易分散的锌灰色磷铁粉颜料组合物，制备方法如下：称取人工制备、五氧化二磷含量为20％、细度为45μm的磷铁粉40g，加入高速粉碎机充分进行混合，粉碎机转速为4000r/min，粉碎时间为50s，得到均匀混合颜料粉体；称取硅烷偶联剂0.3g溶解到1.2g甲醇的水溶液(醇：水＝9：1)中；在气流粉碎机中将硅烷偶联剂溶液加入混合颜料粉体中，气流粉碎机转速为1000r/min，粉碎时间为5min。均匀混合，干燥，得到非本发明的易分散的磷铁粉颜料组合物。 
在下面三种涂料组合物中的应用： 
1)一种环氧树脂防腐涂料组合物，它包括A和B双组分。 
其中A组分包括： 

其中B组分包括：作为胺类固化剂的间苯二甲胺  10重量份。 
2)一种醇酸树脂防腐涂料组合物，它包括： 

3)一种聚氨酯树脂防腐涂料组合物，它包括A和B双组分： 
其中A组分包括： 
聚己二酸乙二醇酯多元醇  80重量份 
乙酸仲丁酯              23重量份 
不含锡的聚氨酯催化剂Borchi Kat 22(购自OMG Borchers公司) 
实施例1的颜料组合物  20重量份 
有机硅消泡剂         1重量份 
其中B组分包括： 
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)  12重量份 
乙酸仲丁酯                 3.6重量份。 
实施例2(对比) 
一种易分散的锌灰色磷铁粉颜料，制备方法如下：称取人工制备、五氧化二磷含量为20％、细度为45μm的磷铁粉40g，细度为45μm的天然云母氧化铁粉25g，搅拌均匀，加入高速粉碎机充分进行混合，粉碎机转速为4000r/min，粉碎时间为50s，得到均匀混合颜料粉体；称取硅烷偶联剂0.3g溶解到1.2g甲醇的水溶液(醇：水＝9：1)中；在气流粉碎机中将硅烷偶联剂溶液加入混合颜料粉体中，均匀混合，气流粉碎机转速为1000r/min，粉碎时间为5min。得到非本发明的易分散的磷铁粉颜料组合物。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例2中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例3－本发明 
一种易分散的锌灰色磷铁粉颜料，制备方法如下：称取人工制备、五氧化二磷含量为20％、细度为45μm的磷铁粉40g，细度为45μm的天然云母氧化铁粉25g，硅酸锌30g，搅拌均匀，加入高速粉碎机充分进行混合，粉碎机转速为4000r/min，粉碎时间为50s，得到均匀混合颜料粉体；称取硅烷偶联剂0.3g溶解到1.2g甲醇的水溶液(醇：水＝9：1)中；在气流粉碎机中将硅烷偶联剂溶液加入混合颜料粉体中，均匀混合，气流粉碎机转速为1000r/min，粉碎时间为5min，得到本发明所述的易分散的磷铁粉颜料组合物。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例4 
一种易分散的锌灰色磷铁粉颜料，制备方法如下：称取人工制备、五氧化二磷含量为20％、细度为45μm的磷铁粉40g，细度为45μm的天然云母氧化铁粉25g，硅酸锌30g，锌铁粉50g，搅拌均匀，加入高速粉碎机充分进行混合，粉碎机转速为4000r/min，粉碎时间为50s，得到均匀混合颜料粉体；称取硅烷偶联剂0.3g溶解到1.2g甲醇的水溶液(醇：水＝9：1)中；在气流粉碎机中将硅烷偶联剂溶液加入混合颜料粉体中，均匀混合，气流粉碎机转速为1000r/min，粉碎时间为5min，得到本发明所述的易分散的磷铁粉颜料组合物。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例5 
加入的磷铁粉取自经破碎而成的天然磷铁粉，五氧化二磷的含量为30％，细度小于30μm，其余的工艺条件与实施例1相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例6 
加入的云母氧化铁为人工制备的云母氧化铁，细度小于30μm，其余的工艺条件与实施例2相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例7 
加入的超分散剂为阴离子超分散剂，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例8 
加入的超分散剂为阳离子超分散剂，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例9 
加入的磷铁粉75g，云母氧化铁40g，硅酸锌40g，锌铁粉40g，超分散剂3g，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例10 
加入的磷铁粉100g，云母氧化铁80g，硅酸锌80g，锌铁粉80g，超分散剂10g，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例11 
超分散剂溶解到乙醇的水溶液中，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例12 
加入的乙醇水溶液的醇水比为10：1，其余的工艺条件与实施例11相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例13 
加入的乙醇水溶液的醇水比为12：1，其余的工艺条件与实施例11相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例14 
加入醇水溶液中超分散剂的质量分数为12％，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例15 
加入醇水溶液中超分散剂的质量分数为28％，其余的工艺条件与实施例4相同。 
在涂料组合物中的应用： 
与以上实施例1中同样地配制三种涂料组合物。只是采用本实施例中的颜料组合物代替实施例1中的颜料组合物。 
实施例16 
粉碎机的转速为12000r/min，粉碎时间为120s；气流粉碎机的转速为2000r/min，气流粉碎机的粉碎时间为16min，其余的工艺条件与实施例4相同。 
实施例17 
粉碎机的转速为25000r/min，粉碎时间为300s；气流粉碎机的转速为3000r/min，气流粉碎机的粉碎时间为30min，其余的工艺条件与实施例4相同。 
本发明的易分散磷铁粉颜料可在各种涂料中进行应用，以上以易分散磷铁粉颜料在环氧、醇酸、聚氨酯等树脂中进行分散为例进行了叙述。 
另外，易分散磷铁粉色浆的制备以及易分散磷铁粉防腐涂料的制备过程如下： 
(1)在树脂中加入溶剂，使之粘度达到18S左右，制成清漆； 
(2)将上述实施例制备的易分散的磷铁粉颜料加入到清漆中，在高速搅拌分散机中进行高速搅拌，得到相应色浆，测量色浆细度； 
(3)将易分散磷铁粉色浆与例如硫酸钡、膨润土等填料色浆混合搅拌均匀，制备防腐涂料。 
以上实施例1-16所制备的相关易分散磷铁粉色浆细度列表如表1所示： 
表1 

续表1 

将利用本发明易分散磷铁粉颜料制备的涂料涂布在马口铁板上，封好边后进行耐水、耐盐水、耐盐雾实验，测试结果如表2—表4所示： 
表2 

实施例3-14的涂料在涂覆之前的沉降试验：放置6个月，无明显沉降。 
表3 

实施例3-14的涂料在涂覆之前的沉降试验：放置6个月，无明显沉降。 
表4 

实施例3-14的涂料在涂覆之前的沉降试验：放置6个月，无明显沉降。 
本发明中“锈蚀”是指金属基材氧化皮已经因锈蚀而脱落，正常目测下可以看到大量的锈斑。 
“略有锈蚀”是指钢材表面已开始锈蚀，且氧化皮已开始剥落的钢材表面。 
以上所述仅为本发明的实施实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明书内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。