基于给排水工程的水玻璃涂层制备研究.pdf

第4 4卷第1 1期 2 0 1 5年 l 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 4，N o 1 1 N o v e m b e r ，2 0 1 5 基于给排水工程的水玻璃涂层制备研究 赵 毅 ( 东北石油大学 ，黑龙江 大庆 1 6 3 0 0 0) 摘 要：水玻璃耐水性问题是其在防腐领域的应用瓶颈，通过自制防水固化剂提高了涂层耐水性。实验结 果表明水玻璃涂层的耐水性、硬度 、水玻璃浆料的粘度均随着固化剂的加入量的增大而增大。研究结果对我国 给排水工程的发展具有参考意义。 关键词 ：水玻璃 ；耐水性 ；固化剂 中图分类号 ：T Q 0 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5 )1 1 - 2 5 5 5 0 2 Pr e p a r a t i o n o f S o d i u m S i l i c a t e Co a t i n g Ba s e d o n W a t e r S u p p l y a n d Dr a i n a g e Z 0 f No r t h e a s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y , He i l o n g i i a n g Da q i n g 1 6 3 0 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e wa t e r r e s i s t a n c e p r o b l e m o f wa t e r g l a s s i s a b o t t l e n e c k f o r i t s a p p l i c a t i o n i n t h e fie l d o f c o r r o s i o n p r o t e c t i o n I n t h i s p a p e r , s e l gma d e wa t e r p r o o f c u r i n g a g e n t wa s u s e d t o i mp r o v e t h e wa t e r r e s i s t a n c e o f t h e wa t e r g l a s s c o a t i n g Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e wa t e r r e s i s t a n c e ， c o a t i n g h a r d n e s s ， s l u r r y v i s c o s i t y o f s o d i u m s i l i c a t e wa t e r g l a s s i n c r e a s e wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e a d d e d a mo u n t o f t h e c u r i n g a g e n t T h e r e s e a r c h r e s u l t s h a v e r e f e r e n c e v a l u e t o t h e d e v e l o p me n t o f w a t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e p r o j e c t s Ke y wo r d s ： S o d i u m s i l i c a t e ； Wa t e r r e s i s t an c e ； Cu r i n g a g e n t 钠水玻璃富锌涂料是一种新型、经济、高效的 钢铁防腐蚀涂料， 它利用配方体系中的基液( 硅酸钠 溶液) 与金属基体之间产生的物理化学作用力而粘 附在金属基体上n 。钠水玻璃富锌涂料具有防腐蚀 性能优异， 耐久性好， 成本低， 无挥发性有机化合物排 放( v o c ) 等诸多特点 ， 已成为现代涂料的重要发展 方向。 虽然钠水玻璃富锌涂料具有许多优异性能， 但由于其成膜后耐水性能差， 影响了涂膜的防腐蚀 质量， 使得其实际工程应用比较有限。 针对这一问题， 通过分析水玻璃耐水性差的原因，探索提高水玻璃 耐水性的途经， 并将水玻璃应用于金属的防腐领域。 1 水玻璃特点分析 水玻璃为硅酸钠溶液状态，硅酸钠的水溶液 俗称水玻璃 ，硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无 色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸 钠为无色 、略带色的透明或半透明玻璃块状体 。形 态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质 为“ 胶体” 。水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民 经济的各个部门。其主要特点有 ：粘结力和强度 较高一一水玻璃硬化后的主要成分为硅凝胶和固 体，比表面积大，因而具有较高的粘结力；耐酸性 好可以抵抗除氢氟酸 ( H F) 、热磷酸和高级脂 肪酸以外的几乎所有无机和有机酸 ；耐热性好 化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降 很小 ，当采用耐热耐火骨料配制水玻璃砂浆和混凝 土时 ，耐热度可达 1 0 0 0 ；耐碱性和耐水性差一 一 因和混合后易均溶于碱，故水玻璃不能在碱性 环境中使用 。同样 由于 、N a F 、N a ： C O ， 均溶于水而 不耐水，但可采用中等浓度的酸对已硬化水玻璃进 行酸洗处理 ，提高耐水性 。 2 实验部分 基于上述特点及问题，课题组对水玻璃的耐水 性进行了改进实验。 2 1 原 料 实验所用主要原料 ：乳化剂 、 、钛 白粉 、立德 粉、滑石粉 、 轻质碳酸钙、 铬黄、去离子水、 水 玻璃 ( 工业级 ) 、乙二酸 ( A R) 、无水乙醇 ( A R) 、 丙酮 ( A R) ，基体 (自制 o 2 _ 2 设备 实验所用的仪器： 电炉、 电动搅拌器 ( 配磁子 ) 、 温度计、烧杯 、量筒、电子天平、玻璃棒 、水浴 锅 、药匙 、滴管 、多功能 x射线衍射仪 ，同步热分 析仪，扫描电镜。 2 3 水玻璃涂层的制备 原始水玻璃中加入 8 (w t ) 乙二酸，使用 8 5 2 磁力搅拌器对混合溶液进行搅拌 ，直至颜色均匀 ， 收稿 日期： 2 0 1 5 - 0 6 - 0 9 作者简介 ： 赵毅( 1 9 9 1 一 ) ，男，山东东营人，研 究方向：给水排水工程。E -m a i l ：z h a o y i l 4 7 0 9 0 1 6 3 c o m 。 制得改 I 生 水玻璃 ；将 3 Y 一 4 0 0玻璃纤维加入步骤 l制得的改性水玻璃中，混合均匀；将 2 5 X K 一 1 加入步骤 2 制得的混合浆料中，搅拌 1 0 ra in ，制得 水玻璃涂层浆料；将步骤 3 制得的水玻璃涂层浆料 涂敷于经预处理的 Q 2 3 5基体表面；将步骤 4制得 的涂有浆料的 Q 2 3 5基体室温下静置 1 h ， 然后在 6 O C C 下对其加热固化 5 h ，制得水玻璃耐蚀涂层。 3 实验结果分析 3 1 X K 一 1对水玻璃的影响分析 3 1 1 耐水性改进分析 X K 一 1 的加入， 能够提高水玻璃涂层的耐水性 ， 本文将涂层浸泡于自 来水中，以涂层出现脱落、溶 解 、及使用钢片 ( 0 1 mm厚 )对涂层进行划刻出现 划痕判时定涂层失效。表 1为 X K 一 1 不同加入量对 应的水玻璃耐水时间，图 1为 X K 一 1 对涂层耐水性 的影 响 图 表 1 X K 一 1不同加入量对应的水玻璃耐水时间 Ta bl e 1 Re l a t i o ns hi p be t we e n XK- 1 a dde d a m o unt and wa t e r r e s i s t a n c e t i m e o f t h e wa t e r g l a s s 1 8 O 0 l 6 0 0 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 *8 0 0 l虐 6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 0 5 l 0 1 5 20 2 5 3 0 XK一1 1 1 八量 ， 图 1 X K 一 1加入量对涂层耐水陛的影响 F i g 1 I mp a c t o f XK一 1 a d d i t i o n o n t h e wa t e r r e s i s t a nc e o f t h e c oa t i ng 综合考虑 X K 一 1 加入量对水玻璃浆料粘度和对 涂层耐水性 的影响 ，本文将 X K 一 1的加入量确定为 2 5 f w t 1 。 3 1 2 硬度分析 通过测试 5基体本身的维氏硬度在 1 3 0 H V左 右，而当 X K 一 1 的加入量大于等于 2 0 f W t ) 时，涂层 的维氏硬度在 1 2 0 H V左右，已经较为接近 Q 2 3 5基 体的硬度 ，结果见图 2 所述。因此 ，该涂层在实际 工况中具有一定的应用潜力。 1 0 l 5 2 O 2 5 xK 一1 力 入 量 ， 图 2 X K 一 1加入量对水玻璃涂层硬度的影响 Fi g2 Ef f e c t o f XK一 1 a dde d amount on s odi um s i l i c at e c oa t i ng har dne s s 3 2 表征分析 使用多功能 x射线衍射仪对 X K 一 1 不同加入量 的试样进行 X R D测试。 图 3为 X K 一 1 不同加入量对 应 的 X R D图。 2 Th e t a ( d e g l e e) 图 3 不 同 X K 一 1加入量对应 的 X R D F i g 3 XRD o f t h e wa t e r g l a s s wi t h d i ffe r e n t XK- 1 a mo un t 由实验结果可知 ，X K 一 1与水玻璃的产物为氢 氧化物X K 一 1 n O H m 。 随着 X K 一 1 的加入量的提高， 产物 X K 一 1 n O H m的衍射峰的强度不断增大 ， 其含 量不断提高，即水玻璃与 X K 一 1 的反应程度越高， 从而使形成的网状结构更加完善。 4 结 语 本文通过自制防水固化剂 X K 一 1 提高涂层耐水 性 ，研究 了 X K 一 1对水玻璃的性能影响得到 以下结 论：水玻璃涂层的耐水性、硬度、水玻璃浆料的粘 度均随着 X K 一 1的加入量的增大而增大 。当 XK 一 1 的加入量超过 2 5 时 ，水玻璃浆料的流动性很差 ， 涂 刷性 不好 ，综合考虑涂层性能及制备性 能 ，将 X K 一 1的加入量确定为 2 5 。研究结果对我国给排 水工程的发展具有参考意义。 ( 下转第2 5 5 9 页) 如 舳 如 IH 第 4 4卷第 1 1期 王秀茹， 等： 甘氨酸锰的合成及工艺优化 2 5 5 9 采用N e t z s c h S T A 4 4 9 C型热天平对螯合物进行 5 结 论 热重分析。以 d A 1 z O ， 为参 比在氮气氛 中测定 ，温 升速率为 1 0 K mi n 。从图 2中可以看出，甘氨酸锰 热稳定性较好 ，在 3 0 0 C 前基本不分解 ，T G曲线中 的 2 8 的失重与文献 报道的数据一致。螯合物分 子式为 c H， N O Mn S ，T G曲线在 4 0 0 之后一直 在失重 ，说 明螯合物在此温度左右开始慢慢分解 。 4 3 产物 XRD粉末衍射分析 采用D 8 A d v a n c e 多晶x 射线粉末衍射仪对螯合 物进行测定 ，通过对 比螯合物 (a ) 及甘氨酸 ( b ) 的 X R D粉末衍射图 ( 图3 ) ， 可以得出， 在螯合物的X R D 图谱中并未出现甘氨酸的衍射峰 ，且与甘氨酸形 成螯合物后，衍射峰的位置和强度都发生了变化。 衍射峰高而尖锐 ，说 明螯合物纯度高且不存在游离 氨基酸杂质。故而根据 I R ，T G等分析数据判断得 出生成的为以单一螯合物。 L J L L j lI 4 ， b 。 卞 卞 下 稍 秆 5 1 0 l 5 2 O 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 2 0 ( 。) 图 3 甘氨酸锰 ( a ) 及甘氨酸 ( b ) 的 XR D粉末衍射 F i g 3 X RD o f g l y c i n e ma n g a n e s e( a ) a n d g l y c i n e( b ) 通过甘氨酸与硫酸锰的水热反应 ，得到了甘氨 酸锰 ，通过 I R、 T G和 X R D粉末衍射确定 了甘氨酸 锰的生成 ，并对其合成工艺进行 了正交优化 ，确定 了最佳反应条件 ： 甘氨酸与硫酸锰摩尔 比为 1 6 ：1 ， 反应温度为 8 5，反应时间为 9 0 m i n为最佳条件 组合。此时产品收率为 8 0 7 。该项制备工艺方法 简单，条件温和，产品纯度高， 无副产物。可以广 泛应用于饲料添加剂行业。 参考文献： 1 张金环， 甄二英 ， 张艳铭， 等锰营养学研究进展l J l _饲料博览 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 81 O 2 赵波 ， 丁雪梅氨基酸微量元素螯合物对产蛋鸡蛋品质及生理功能 的影响 J J 四川农业大学学报，2 0 0 5( 2 ) ： 2 3 8 2 4 3 3 李素芬 ，罗绪刚，刘彬 动物有机微量元素利用率进展 J 中国畜 牧杂志，2 0 0 2 ， 3 6 ( 2 ) ： 5 1 5 3 4王艳青，姚娟 ，谭斌，等酵母锰 、乙酸锰 、和硫酸锰相对生物利 用率研究l J 1中国饲料，2 0 0 3 ， 1 5( 1 ) ： 1 3 5计峰 ，罗绪刚，刘彬 ，等有机锰源络合率的研究【 J 1 安徽农业大 学报 ，2 0 0 5 ， 3 2( 1 ) ： 5 96 3 6 李素芬 有机锰源的化学特性及其对肉仔鸡的相对生物学利用率研 究f D 北京 ：中国农业科学院 ，2 0 0 2 ： 1 8 2 8 ； 6 9 7 8 7 As h a me a d H D ， G r a f t D J ， A s h m e a d H H I n t e s t i n a l a b s o r p t io n o f me l a l i o n s a n d c h e l a t e s M S p r o n g f i e l d ， I L ：C h a r l e s C T h o m a s P u b l i s h e r ， 1 9 8 5 8 许 良忠，文丽荣 l过渡金属一 甘氨酸配合物的 I R光谱 J 光谱实验 室 ，2 0 0 2 ， 1 9 ( 5 ) ， 6 4 1 6 4 3 9 舒绪刚，张敏 ，樊明智 ，等 甘氨酸锰的合成及表征 J J 江西师范 大学学报， 2 0 1 4 ， 3 8 ( 3 ) ： 3 0 03 0 3 1 0 Z h i m i n L i u ， L i n Z h o n g ， P in l i a n g Y i n g C r y s t a l l i z a t i o n o f m e t a s t a b l e 8 g l y c i n e f r o m g a s p h a s e v i a t h e s u b l i ma t io n o f c 【 一o r v f o r m i n v a c u u m 阴 B i o p h y s i c a l C h e m i s t ry， 2 0 0 8 ， 1 3 2( 3 ) ： 1 82 2 ( 上接 第 2 5 5 6页 ) 参考文献： 1 刘海锋， 崔学民， 张伟鹏等 低成本 制备铁基金属表面防腐蚀无机涂 层 J 稀有金属材料与工程， 2 0 0 8 ， 3 7 ( z 1 ) ： 3 4 1 3 4 3 2王英， 杨声 水玻璃的有机化改性及超疏水涂层的制备 l J J l 涂料工 业， 2 0 1 3 ， 4 3 (4 ) ： 5 8 6 0 + 6 5 3 易茂 中，冉丽萍 不同封闭处理 Z r O 热障涂层抗热震性的研究lJ 1 材 料保护， 1 9 9 9 ，3 2 ( 3 ) ： 1 7 1 8 4 胡纯，周小凡， 彭鹏杰等 P A 一 钠水玻璃复合表面施胶剂的应用 J l_ 中国 造纸学报， 2 0 1 3 ， 2 8 ( 3 ) ： 2 1 2 4 5 许福海，林晨，吴凌霄， 等粘结剂对高频感应熔覆涂层的影响 J 1 表面 技术， 2 0 1 1 , 4 0 ( 6 ) ： 3 5 3 7 + 4 5 1