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稀土在涂料工业中的应用

时间:2011-11-22 6:48:42 点击:2312

  核心提示:0 引 言我国稀土储量居世界之首,占到70%。目前,国外90%以上的稀土上游产品从我国进口,稀土在许多领域得到了广泛的应用。其中稀土永磁材料产量为 35200t;稀土荧光粉产量达到5650t;各类车用稀土尾气净化器产量840万套;储氢合金产量达到13000t。稀土在涂料工业中有着 多方面的应用,例如...

   0 引 言
    我国稀土储量居世界之首,占到70%。目前,国外90%以上的稀土上游产品从我国进口,稀土在许多领域得到了广泛的应用。其中稀土永磁材料产量为 35 200 t;稀土荧光粉产量达到5 650 t;各类车用稀土尾气净化器产量840万套;储氢合金产量达到13 000 t。稀土在涂料工业中有着 多方面的应用,例如:可用作催干剂,改善涂料的使用性能;可用作某些涂料用树脂合成的催化剂,改善醇酸树脂的颜色和干率;也可和其他无机颜料结合制成发光 颜料,用于配制特种涂料或专用标志涂料;还可用作二氧化钛等颜料的表面处理剂。以提高二氧化钛的鲜艳度和耐久性;也可用作一些特种涂料的助剂改善其性能, 如防锈防腐、保温等。此外还可作为防沉剂,改善重质颜料的沉降状况。
    1 稀土在涂料中的催干作用[1]
    催干剂是涂料生产中的一种重要助剂,它能加速不饱和油类的氧化、聚合、提高漆膜的干燥性能。用量虽少,但作用显著。传统催干剂是钴、锰、铅、锌、 钙的有机酸盐。其中,使用最多的是锰、铅盐,而铅盐的使用量约占催干剂总量的1/3,造成了铅对人体及环境的毒害和污染[2]。锰盐则颜色深,浅色漆中不 适用,为减少铅污染,提高产品质量,稀土催干剂就成为当前众多催干剂中综合性能较好的产品,并已工业化推广。
    1·1 涂料用稀土催干剂的使用状况
    稀土催干剂是国内发展起来的涂料用催干剂,不仅可取代传统的铅、锌、钙、镁等助催干剂,而且还可取代50%的钴主催干剂,克服钴催干剂易引起涂料 结皮、涂膜起皱等缺陷[3]。用其做催干剂,价格低廉,可改善涂料颜色,提高涂膜交联度、硬度和耐溶剂性,同时可减少环境污染,简化生产工艺,降低生产成 本。新的研究结果表明[4],钴/铈或钴/混合稀土催干剂体系可获得较好的催干效果。
    1·2 作用机理
    稀土元素之所以对涂料有催干作用,是因为其具有特殊的外层电子结构,不仅能通过其自身的价态变化将干性油中天然氧化物氧化或结合成络合物沉淀析 出,消除抗氧化物的抗氧性,加速不饱和脂肪酸的表层氧化聚合干燥;而且还可通过其空轨道与酚醛、醇酸、氨基、环氧树脂中的羟基、羟甲基等极性基团形成配 健,增加分子结构的交联度,生成更大相对分子质量的配位络合物,从而使深层的中、底层产生配位聚合干燥[4]。所有稀土催干剂均能显示一定的中、底层干燥 特性。稀土元素特殊的外层电子结构(4f0-145d0-16s2),根据等价轨道全满,半满或全空的状态其结构比较稳定的原理。绝大多数稀土金属易失去 最外层3个电子成3价离子状态(以Re表示,稀土元素的特征氧化数为+3),因而均含有未充满电子的5d、4f轨道。从价键理论的观点来看,不但稀土离子 的5d轨道可与5S25p0杂化成dsp型杂化轨道, 4f轨道也可以与5S25p0以外的5d06s06p0轨道杂化成fdsp型杂化轨道,使稀土离子 的成键不同于其他金属离子[5]。
    1·3 应用效果
    在涂料中,稀土催干剂的应用发展非常迅速。这不仅因为稀土催干剂无毒、色浅、成本低,可取代传统催干剂中的铅、锰、锌、钙等,同时它还可使涂料中 主催干剂—钴皂的用量大为减少。如在C01-1醇酸清漆中采用稀土催干剂时,不但完全取代了铅、锰、锌、钙,而且钴的用量也比传统催干剂节省了40% [6-7 ]。稀土催干剂得以迅速推广应用的另一重要原因是,通过采用合理的配方能有效地提高涂料质量,使颜色、干燥时间、硬度指标等均得到较大提高。如 在不同牌号的醇酸磁漆中以6%的异辛酸稀土配合6%的异辛酸钴为催干剂,收到了良好的应用效果,其中的部分检测数据列于表1。
            


    由于支链酸稀土在涂料中具有良好的综合性能,随着生产工艺的成熟,应用的扩大和产量的提高,产品价格将会进一步降低,因此是稀土催干剂的发展方向。
    2 稀土在涂料中的发光作用
    以丙烯酸乳液为基料,稀土发光颜料为添加剂,加上其他颜料和填料及各种助剂可配制而成发光涂料。这种稀土丙烯酸发光涂料通过吸收各种可见光实现发 光功能,故称为光致发光涂料[8]。光致发光涂料可提供良好的长时效的低度应急照明,具有较持久的发光指示标识和发光装饰美化效果。涂料采用新型稀土高效 发光原料掺杂的碱土铝酸盐发光材料发光时间长、发光强度高、无毒、无辐射、有较好的装饰效果。
    2·1 发光机理
    发光涂料的涂层处于光照条件下时,一部分光线被反射另一部分光线进入涂层内部。进入涂层中的光线有一部分被发光颜料所吸收,使发光颜料中的分子受 到激发,当这些分子返回基态时会以辐射形式发光。因此,发光涂料发光性能主要取决于发光颜料[6]。稀土元素具有未充满的4f壳层电子构型以及4f层电子 被外层5s2、5p6电子有效屏蔽,很难受外部干扰。稀土元素的4f层电子可在7个4f轨道之间分布,从而形成丰富的电子能级,可以产生多种能级的跃迁。 稀土离子受可见光照射时,电子从基态或下能级跃迁至上能级,吸收光能储存于成膜材料中。没有可见光时,电子从激发态上能级跃迁至下能级或基态,将储存于成 膜材料之中的能量放出而发射光。由于在可见光区有类线性的吸收光谱、发射光谱以及复杂的谱线,稀土离子跃迁能级间的能量差也不同,因此能发出不同颜色的 光。稀土长余辉发光涂料的激发和发射光谱如图1[9]。
             


    2·2 发光应用
    稀土和其他无机颜料结合制成发光颜料,用于配制特种涂料或专用标志涂料。稀土长余辉发光材料制成的各种发光制品广泛用于军事、工业、消防、交通、 日用品等领域。著名的悉尼歌剧院、德国法兰克?;?、法国戴高乐机场、德国电信中心大楼、欧洲“空中客车”、美国波音飞机、麦道飞机、英国伦敦地铁、日本 东京地铁及劳氏、挪威船级社认可的船只等都相继采用自发光安全标志指示产品[9],这些都使产品的应用和发展有了更广阔的前景。涂料种类繁多,而蓄能发光 涂料除了白天可以满足普通涂料的功能,同时能吸收太阳光或电灯光而蓄能,在夜间或暗处再持续地发出可见光,给人们的生活和工程作业带来极大的方便,在节 能、环??、安全防护以及其他工业领域有着广泛的用途,日益成为涂料研究和生产领域中关注的对象之一[10]。稀土发光涂料只需吸收任何可见光即可蓄能发 光,具有显著的节能、环??、安全、免维护、应用范围广等优点。
    3 作为涂料用树脂合成的催化剂
    醇酸树脂是我国主要涂料用树脂之一,但长期以来,其合成反应温度一般为220~250℃,酯化时间长,一般需12~18h。因此,如何缩短反应时 间,减少能耗,提高经济效益,具有十分重要的意义。陈敏,等[11]研究了将稀土型催化剂(HD-I催化剂)用于醇酸树脂合成工艺中,能加速酯化反应的速 度,且可使反应温度降低20~40℃。添加催化剂和无催化剂的对比实验。结果表明:加催化剂不仅能大大缩短酯化反应的时间,而且具有无毒、无污染、不影响 树脂质量等优点,同时,也不会与酸形成不溶性盐类,不会使树脂的色泽变深,使得所合成的树脂透明度很好。
              


    4 在涂料中的防沉作用
    色漆是由基料、颜料、溶剂、催干剂以及各种助剂组成的。色漆生产后,通常产品不能及时售出以至使用,一般说来要有一定的贮存时间,但长时间的存放 后,由于颜料粒子受自身重力的作用,往往容易下沉,正常情况下,颜料的沉淀较疏松,使用时,容易搅起,但是,对于重质颜料当沉于桶底便形成坚硬的硬块,搅 动困难,就会严重影响色漆的使用,以至造成漆膜性能下降。为缓解颜料的沉淀现象,除在制漆过程中增加漆料的黏度外,往往在制漆时加入防沉淀剂,来阻止颜料 粒子下沉。通常使用的防沉剂有:硬脂酸铝、有机膨润土、蓖麻油酸锌等。但这些产品有的价格较贵,有的使用操作复杂,有的在颜料研磨分散过程中有明显的增 稠、胶凝现象,给颜料研磨带来困难,张素英,等[12]研制了一种新的稀土防沉淀剂。新型的稀土防沉剂用于酚醛及醇酸底漆、防锈漆中,可改善重质颜料的沉 降状况,因其性能稳定,故对漆膜的物理化学性能均无影响。且稀土防沉剂的成本较低,优于有机膨润土等其他防沉剂。
    5 作为特种涂料助剂
    稀土可作为许多特种涂料的助剂,在防腐涂料中,可提高其耐腐蚀性,同时可改善防腐涂料的抗紫外线能力和耐候性。稀土节能保温涂料是一种静电型保温 隔热黏稠糊状膏体,具有良好的保温效果。经涂刷或浇筑干燥成型,成为一种固体基质联结的封闭气孔网状结构材料,可广泛适用于工矿企业的锅炉、热力管道、闸 门、阀门、窑炉等的保温及各种制冷设备(冷冻库、冷冻箱、制冷管道)的隔热,亦可用作建筑物的防火、隔热、隔音涂层。尤其是对传统保温材料不便施工的异型 设备、空中悬挂设备部件效果更为突出。无毒、不污染环境、对人体无伤害、不腐蚀设备、施工后涂层表面平整光滑,具有一定的装饰作用。
    近年来,我国涂料业在开拓稀土的应用方面已相继推出了一些性能好、用途广的新产品[13~15]。如FBT稀土系列复合保温涂料,集隔热、隔音、 防水和防腐于一体,具有导热系数小、粘结力强、使用厚度薄、施工简便、无污染等特点,是传统保温材料和海泡石保温材料的换代产品,适用于 -40 ~1 200℃范围内冶金、化工、电力、制药行业的锅炉热网等设施,且特别适用于传统材料难以胜任的异型设备及管道、阀体等。又如在建筑涂料方 面,使用稀土电热涂料技术对建筑钢模板进行加热[16],对混凝土的内部质量没有影响;这种加热形式完全满足冬季混凝土施工生产需要,发热均匀,对提高混 凝土的强度、保证混凝土的质量意义重大,可替代其他电加热工艺,广泛应用在混凝土冬季施工,应用前景十分广阔。通过将稀土激活无机抗菌净化功能材料按一定 比例加到高档乳胶涂料中,已制备出具有环境净化功能的新型建筑涂料。有关测试数据表明[14],将该涂料用于建筑物内墙,能显著增强涂层的耐刷洗性和耐沾 污性,并且具有抑制细菌和霉菌生长,有效净化室内环境中CO2、NOx、SO2、NH3等污染性气体及吸烟产生的其他有害气体,增加空气中的负氧离子浓 度,清新空气等作用,符合健康、环??、安全的要求,可望在21世纪获得广泛应用[17]。中科院长春应用化学所研制出的新型“稀土复合涂料”通过了检测。 该涂料可有效防护采煤作业中由于物体摩擦、碰撞产生火花,引燃空气中的瓦斯燃烧爆炸,从而大大增强了煤矿生产安全性,还可广泛应用在航空、航天、建筑、石 油化工等领域。
    随着高层建筑、交通、汽车、船舶工业的迅速发展,涂镀层材料不断向高耐候性、耐腐蚀、耐高低温、耐磨损及绿色环保的方向发展,近期产业化的重点是 环保型防腐涂料、环保型高性能工业涂料和建筑涂料、高温陶瓷涂敷材料、高档汽车用金属颜料,因此,稀土将在这些领域中大显身手。
    稀土元素原子结构特殊,电子能级极其丰富,化学性质活泼,在当今工业生产和科学研究中应用很广,被称为“现代工业的维生素”。随着稀土金属的分离 冶炼技术的发展,稀土产品相继产出,其应用领域不断拓展,今后应从实际应用入手,进行稀土新材料的应用开发研究,大力开发其在涂料等高分子科学领域的应 用,有着重要意义。(原文来源:包头稀土研究院   作者:张玉玺)
参考文献
[1]孙日圣,贺晓慧,吴琴芬,等.稀土催干剂对涂料的催干机理研究[J].江西石油化工, 2000(1): 19-22.
[2]任致伟.稀土催干剂合成和应用[ J].云南化工, 1999(2): 41-42.
[3]李会宁,刘梅玲,刘国杰.涂料用稀土催干剂系列研究( I)—代钴稀土催干剂合成过程中络合萃取的研究[J].涂料工业, 1991, 21(1): 7-9.
[4]孙日圣,贺晓慧,吴琴芬,等.稀土元素对涂料催干性能的影响及其机理[J].稀土, 2000, 21(5): 27-30.
[5]徐光宪.稀土(第2版,上册)[M].北京:冶金工业出版社, 1995.
[6]苏政权.新型催干剂的研制[J].信阳师范学院学报(自然科学版), 1995, 8(4): 405-408.
[7]成本诚,谢文林.异辛酸稀土的合成及其在涂料中应用[J].稀有金属与硬质合金, 1997(4): 15-18.
[8]曹民干,赵张勇,张弛.稀土光致发光安全涂料的制备[ J].稀土, 2005, 26(4): 84-86.
[9]李国龙,刘水泉.稀土长余辉发光涂料的发光研究[J].广州化工, 2006, 34(4): 53-54.
[10]孟黎清,罗绍华.新型稀土长余辉蓄能材料及其在涂料中的应用[J].现代涂料与涂装, 2004(4):
[11]陈敏,仲逸芬,吴念慈,等.稀土型催化剂在醇酸树脂合成中的添加效应[J].现代化工, 1995, (1):
[12]张素英,徐振峰,徐树权.稀土防沉剂的应用[ J].辽宁化工,1994(3): 44-45.
[13]程红. FBT稀土系列复合保温涂料[J].北京节能, 1995(1): 44.
[14]梁金生,金宗哲,王静.室内环境净化功能建筑涂料的研究[J].河北工业大学学报, 2000, 29(3): 15-17.
[15]梁金生,金宗哲,王静.环境净化功能M /TiO2纳米材料的光催化活性的研究[J].硅酸盐学报, 1999, 27(5): 601-603.
[16]王苏,马继红,黄如喜,等.稀土电热涂料在混凝土冬季施工的应用研究[J].现代涂料与涂装, 2006(6): 10-14.
[17]詹志洪.稀土在塑料和涂料制品中的应用与展望[ J].稀土,2004, 25(6): 80-83.

作者:ONLYOU 来源:沪南资讯网

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