溶剂型涂料专用漆雾凝聚剂的成分与配方

2017-04-01 09:36

漆雾凝聚剂配方材料
   三聚氰胺、1200万阳离子聚丙烯酰胺、黑色醇酸漆、甲醛、硫酸、氢氧化钠、三乙醇胺均为分析纯。
 
漆雾凝聚剂实验器材
   分析天平、;恒温不锈钢水油浴锅、酸度计、紫外可见分光光度计、搅拌器、傅里叶变换红外波谱仪。
 
漆雾凝聚剂消粘剂A的制备与配方
   羟甲基化阶段:在500 mL 烧杯中加入一定量的去离子水, 再依次加入一定量的三聚氰胺和甲醛, 用三乙胺调节PH值为8-9, 在60-80℃条件下搅拌反应一段时间。
   缩合阶段:用50%的硫酸将溶液PH值调至3-5,在60-80℃条件下搅拌反应1-3h,制得透明液体。
影响溶剂型漆雾凝聚剂A剂性能的因素
   1、甲醛用量对树脂的影响从表1可以看出,固定其他条件,随着甲醛用量的增多,因羟甲基化程度增加,缩聚阶段的活性基团增多,使树脂分子易发生交联反应,形成网状结构而凝胶,影响其稳定性。并且随甲醛用量的增多,甲醛不能完全反应,使游离甲醛含量增加,游离甲醛含量越高,对环境及工人的健康危害越大。综上所述,本研究选择三聚氰胺和甲醛的摩尔比为1:2,且此条件下油漆完全消粘。
表1  甲醛用量对消粘剂A 的影响
三聚氰胺和甲醛的摩尔比 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
树脂稳定性/ d >150 >150 51 23 10
树脂游离甲醛质量分数/ % 0.06 0.08 1.4 2.7 4.5
漆渣消粘程度 部分消粘 完全消粘 完全消粘 部分消粘 部分消粘
   2、消粘剂A羟甲基化工艺条件
   当pH值>9时,甲醛易发生歧化反应生成甲酸和甲醇,使甲醛的含量降低,影响羟甲基化程度,得不到目的产物,因此选择pH =8 ~ 9 。从图1可以看出,三聚氰胺和甲醛的摩尔比为1:2条件下,溶液中游离甲醛的含量随反应的进行逐渐降低,30 min后基本不变,反应结束。因此羟甲基化选择pH=8-9,反应时间30 min。

图1 游离甲醛随时间的变化

   3、消粘剂A缩聚阶段工艺条件的优化
   三聚氰胺和甲醛的摩尔比为1:2条件下,考察了反应温度、反应时间、反应pH值对油漆去除率Y的影响。以Y为评价指标,实验结果见表2。
表2 正交实验
试验号 因素 Y / %
A/ ℃ B/h C
1 60 1 3 81.26
2 60 2 4 80.45
3 60 3 5 76.31
4 70 1 4 88.68
5 70 2 5 90.46
6 70 3 3 95.42
7 80 1 5 80.36
8 80 2 3 92.32
9 80 3 4 90.47
K1 79.340 83.433 89.667  
K2 91.520 87.743 86.533  
K3 87.717 87.400 82.377  
R 12.180 4.310 7.290  
   由表1的极差分析可见,合成三聚氰胺甲醛树脂时,以上3个因素对油漆去除率的影响大小顺序为:反应温度A >反应pH值C >反应时间B。三聚氰胺甲醛树脂的最优工艺组合为A2B2C1,经验证油漆去除率为97.43%,所以确定三聚氰胺和甲醛的摩尔比为1:2时缩合阶段的最佳合成工艺条件为:反应温度70℃、反应pH值为3、反应时间2 h。
 
漆雾凝聚剂凝聚剂B的制备与配方
   在500 mL烧杯中加入一定量的水,高速搅拌下加入阳离子聚丙烯酰胺,搅拌溶解一定时间后,加入一定量改性剂,继续搅拌0.5h得到黏稠状透明溶液,即为凝聚剂B。
   B组分中改性剂对油漆凝集效果的影响
   用相同量的组分A 和含改性剂不同的组分B对同一油漆废水进行凝聚实验。效果见表3。
表3 B 组分中改性剂对油漆凝集效果的影响
改性剂占B 剂中固
含量的百分比/ %
漆渣消粘程度 漆渣凝聚状态
油漆污水澄清度
油漆去除率/ %
0 完全消粘 凝聚较散 较浑浊 91.4
10 完全消粘 凝聚成块 较清澈 95.1
20 完全消粘 凝聚成块 澄清 97.5
30 完全消粘 凝聚较散 较浑浊 90.3
40 完全消粘 部分凝聚 浑浊 81.5

   由表3可知当改性剂为B组分固含量的20%时,效果最好。当B组分中没有改性剂时,凝聚漆渣因阳离子聚丙烯酰胺之间的相互作用,使漆渣较松散,不易打捞,并且一小部分漆渣被阳离子聚丙烯酰胺包裹,分散在水中,不能凝聚,水质较浊。当加入改性剂后,改性剂与阳离子聚丙烯酰胺相互协同作用,使漆渣紧凑成块,并能捕捉水中包裹了阳离子聚丙烯酰胺的漆渣,使水质清澈,方便打捞。改性剂过高时,凝集剂中的阳离子含量降低,捕捉小絮体能力下降,不能有效地凝聚漆渣,效果下降。

   计算表明,B组分在75℃存放5天,相当于在室温(25℃)下密封存放至少5个月,稳定性很好。

影响溶剂型配方漆雾凝聚剂性能的其它因素
   1、油漆废水pH值对油漆凝集效果的影响由图2可以看出,随废水pH值的增加,油漆去除率逐渐增加,当pH值>8时,油漆去除率不再随pH值的变化而变化。因为pH值<8时,消粘剂A带有部分正电荷,其水溶性还没有达到临界点,还有一部分分散在水中,没有形成絮体。阳离子聚集剂和带正电荷的消粘剂A相互之间排斥,不能有效地凝集,使油漆去除率降低。当pH值>8时,消粘剂A水溶性达到临界点,并不再随pH值的变化而变化,在水中很快形成絮体并带有负电荷,阳离子凝集剂和带负电的絮体之间相互作用,很快聚集,有效去除油漆,且油漆去除率趋于平稳,不再随pH值的变化而变化。

图2 油漆废水pH 值对油漆凝集效果的影响

   2、消粘剂A与凝集剂B投加量对凝集效果的影响用相同量的A 和不同量的B 对同一油漆废水进行凝聚实验,A和B投加量对凝聚效果的影响如图3所示。由图3 可以看出,A和B的投加比例为1:2时漆雾去除率达到最大值。当投加量<1:2时,B剂的投加量过少,功能分子少,捕捉能力不够,不能有效凝聚;当投加量>1:2时,B组分过量,其中的阳离子聚丙烯酰胺包裹漆渣粒子,粒子之间相互排斥,不能有效凝聚。

图3  A 和B 投加比例对凝集效果的影响

凝集实验
   取一个无色透明的1.5L塑料瓶,加入1L自来水,再加入NaOH调节pH值,然后加入一定量A剂摇匀,用吸管或针管滴加黑色醇酸漆1mL,盖好瓶盖,用力上下摇动十几秒钟。加入一定量B剂,盖好瓶盖,再用力上下摇动十几秒钟,静置观察效果。

漆雾凝聚剂

漆雾凝聚剂效果评判方法
   漆雾凝聚剂效果的评判分别从稳定性、游离甲醛含量、油漆去除率等方面测评。漆雾凝聚剂性能的优劣可以使用手指剪切法确定漆渣的脱粘效果,目测漆渣状况、水的清澈度测评。
 
对溶剂型漆雾凝聚剂配方的总结概述
   本溶剂型漆雾凝聚剂配方确定了一种水幕帘式漆雾凝聚剂的最佳制备工艺,其中消粘剂A的最佳制备工艺为:三聚氰胺和甲醛摩尔比为1:2,先在pH=8-9、温度70℃下羟甲基化反应1小时,再在pH=3、温度70℃下缩合反应2 小时。凝集剂B的固含量中改性剂占20%。消粘剂A与凝集剂B的最佳加入配比为1:2,按工艺条件和配方所制备的漆雾凝聚剂对油漆废水中油漆的去除率达到7.5%。该漆雾凝聚剂确定了消粘剂A制备工艺,凝集剂B的配方,其性价比优势显著,在我国油漆生产和油漆废水处理行业具有应用前景。
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