锌电解阴极板耐蚀绝缘涂层材料的研究

2018-10-10王进龙

世界有色金属 2018年14期

王进龙，张析，王军

（西北矿冶研究院精细化工研究所，甘肃白银 730900）

在有色金属行业，许多设备和部件均受到流体腐蚀和冲蚀磨损。如浸出反应槽、储槽、浓密机、电解槽、球磨机、渣浆泵、旋流器、搅拌桶等选冶设备。因腐蚀和磨损使设备及备件使用周期大为缩短，不仅增加了企业的生产成本，而且由于设备检修次数增大，使得劳动强度变大。

湿法炼锌行业一般采用铅银合金作为阳极板，工业纯铝做阴极板，在硫酸锌电解液中通直流电进行电解沉锌，在电解过程中，锌离子在阴极得到电子被还原成锌沉积下来，在板面聚集到一定厚度后，提出阴极铝板剥离即得到锌片，然后进行熔铸，对阴极铝板进行处理之后，再返回电解槽继续使用[1]。缩短了阴极板的使用寿命，增加了生产成本。

文章针对锌电解阴极板容易腐蚀问题而研究了一种耐蚀绝缘涂层材料，该种涂层材料可以阻止车间空气酸度等恶劣环境对板材的腐蚀，延长阴极板的使用寿命，降低了成本。

1 实验部分

1.1 实验主要原料

试验所用的主要原材料规格及厂家如表1。

表1 试验原材料及规格

1.2 HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物合成实验

1.2.1 合成原理

端羟基聚丁二烯橡胶（分子量3000～3500，羟基0.5～0.65mmol/g）与甲苯二异氰酸酯（TDI）进行聚合反应生成端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。其主要化学反应方程式如下：

利用由端羟基聚丁二烯橡胶制备得到的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中端异氰酸酯基（—NCO）活性很高的特点，使其与环氧树脂分子链中的羟基（—OH）反应，从而使端异氰酸酯基聚氨酯预聚体以化学键合的形式接枝到环氧树脂主体结构中，得到端羟基聚丁二烯改性环氧树脂聚合物。其主要化学反应方程式为:

1.2.2 HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物与E-44环氧树脂性能比较

合成的HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物，其性能与E-44环氧树脂性能比较如表2。

表2 HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物与E-44环氧树脂性能比较

由表2可见，合成的HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物与E-44环氧树脂相比，在抗拉强度、抗剪强度、耐磨性、耐温性等方面均有所提高[2]。

2 结果与讨论

2.1 预聚体的用量对聚合物性能的影响

端异氰酸酯预聚体的加入量是影响聚合物性能的最直接因素，加入量小将起不到改性的作用，加入量太多，改性聚合物的交联度提高，柔性基团数量上升，使聚合物的刚性和强度下降。预聚体的用量对聚合物性能的影响见图1。

图1 端异氰酸酯预聚体用量对聚合物性能的影响

由图1可以看出,随着端异氰酸酯预聚体用量增加，聚合物的力学性能逐渐提高，用量为10%时改性效果最好。

2.2 纳米SiO2用量对材料性能的影响

纳米SiO2用量对聚合物性能的影响如图2、3所示。

图2 纳米SiO2用量对聚合物力学性能的影响

图3 纳米SiO2用量对聚合物磨耗值的影响

由图2、图3可知，当纳米SiO2添加量为1.5%时，复合涂层材料抗拉强度和抗剪强度最高，磨耗值最低[3]。

2.3 微米SiC用量对材料性能的影响

微米SiC用量对材料性能的影响如图4所示。

图4 碳化硅用量对材料磨耗值的影响

由图可知，随着SiC用量增大，材料磨耗值逐渐降低，当SiC用量为60%时，材料磨耗值逐渐升高，这是因为SiC硬度大，耐磨性好，当加入量过大时，使得材料体系中填料体积浓度变大，从而使材料内聚能变小，磨耗值变大。

2.4 偶联剂KH550加入量对材料性能的影响

经过探索性试验筛选，选用KH-550硅烷偶联剂，并对KH-550偶联剂用量对材料性能影响进行了研究，影响如图5、6所示。

图5 KH-550用量对复合材料力学性能影响

图6 KH-550用量对复合材料磨耗值的影响

由图5、图6可知，当KH-550添加量为1.0%时，复合涂层材料抗拉强度和抗剪强度最高，磨耗值最低。

综上所述，通过试验数据及结果分析。合成的HTPB-聚氨酯/环氧树脂聚合物与E-44环氧树脂相比，在抗拉强度、抗剪强度、耐磨性、耐温性等方面均有所提高；纳米二氧化硅对复合涂层材料的性能影响较为明显，当纳米二氧化硅用量为复合涂层材料的1.5%时，可使抗压强度提高45%，抗剪强度提高32%，耐磨性提高16%；微米级SiC加入，可明显改善涂层材料的耐蚀耐磨性，其加入量为60%时，复合涂层材料的耐磨性最好；KH-550硅烷偶联剂可以改善纳米二氧化硅及微米级SiC在聚合物中的分散性和润湿性，KH-550硅烷偶联剂最佳用量为复合涂层材料的1～1.25%时，可明显改善填料在聚合物中的润湿分散性。