三聚氰胺型水性聚丙烯酰胺涂料的制备

三聚氰胺型水性聚丙烯酰胺涂料的制备

0问题的提出和研究进路随着现代装配技术的发展，喷漆量日益增加。一般来说，许多无法涂覆工具的样品被用作“过度喷洒”涂料，喷洒量为25%60%。这些涂料含有大量不利于人体健康的挥发性有机溶剂,严重污染周围环境和空气,需要及时清理。涂料落在地上很难清理,且经常进入循环水中。有机溶剂由于室内水槽和室外水槽的水循环流动而被带出室外,降低对作业人员身体健康的损害。而“过喷”涂料本身由于黏性大而黏附在水槽、管道和水泵壁上,经长时间积累后,会形成较大的漆团使管道堵塞,从而降低循环系统的工作效率。目前,喷涂房循环水处理主要形式包括物理的机械刮除法、化学的吸附凝聚分离法和生物降解法等,其中化学凝聚剂法用得最多。但目前使用的大多数漆雾凝聚剂效果不太理想,不是凝聚性差就是沉渣太多、后处理成本太高。因此,研制克服涂料“过喷”带来的管道堵塞和难于清理等问题,且成本低的漆雾凝聚剂已成为当前油漆污水处理行业的重要研究课题。本实验研发出成本低、应用范围广、无毒、氯离子残留低、能快速有效消除“过喷”涂料黏性的消粘剂A组分,可防止“过喷”涂料黏附在管道壁和器壁上。同时又研制出使消粘后漆渣凝聚成块状和团状的B组分,以便打捞清理。1实验部分1.1仪器、试药和仪器三聚氰胺(邯郸市阜华化工有限公司),1200万阳离子聚丙烯酰胺(河南新乡市博源化工有限公司),黑色醇酸漆(徐州市青年实业有限公司),甲醛、硫酸、氢氧化钠、三乙醇胺均为分析纯。分析天平:FA1004型,上海沪粤明科学仪器有限公司;恒温不锈钢水油浴锅:HH-WO,广州市予华仪器有限公司;酸度计:PHS-3C,上海精科雷磁;紫外可见分光光度计:UV-2450,日本岛津;搅拌器:JJ-1,金坛市岸头良友实验仪器厂;NEXUS-670型傅立叶变换红外波谱仪。1.2制装剂1.2.1聚氰胺和甲醛的合成羟甲基化阶段:在500mL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。1.2.2凝聚剂b的制备在500mL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。1.3aoh用量的确定取一个无色透明的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。1.4涂料在涂料中的性能评价方法1.4.1层、凝胶、凝结取少量A、B置于玻璃瓶中密封,放于75℃的鼓风干燥箱中,测定树脂从放入烘箱直至树脂出现分层、凝胶、混浊或不溶于水为止的时间。根据Van’tHoff规则:KT+10nKT=tT+10ntT=(2∼4)n(KT+10nΚΤ+10nΚΤ=tΤ+10ntΤ=(2∼4)n(ΚΤ+10n、KT为T+10n、T时速度常数,tT+10n、tT为T+10n、T时反应时间)。1.4.2游离甲醛含量的测定按国家标准GB5544—85树脂整理剂中游离甲醛含量的测定方法测定。1.4.3油去除率的测定去除率=(I1-I2)/I1×100%,式中I1、I2分别表示油漆废水处理前、后的吸光度。1.4.4决定涂料在涂料中的性能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。2结果与讨论2.1甲醛含量增加从表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。2.2酰氯胺反应ph的影响当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,30min后基本不变,反应结束。因此羟甲基化选择pH=8~9,反应时间30min。2.3合成三聚氰胺甲醛树脂时油剂用量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。按L9(33)设计正交实验表,以Y为评价指标,实验结果见表2。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2h。2.4阳离子聚丙烯酰胺水改性剂凝集剂用量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。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5d,相当于在室温(25℃)下密封存放至少5个月,稳定性很好。2.5消粘剂a表面活性剂a必然会凝集法由图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。2.6不同投加量的漆雾去除率用相同量的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。2.7本底利用剂b本漆雾凝聚剂由消粘剂A和凝集剂B组成。在碱性条件下,循环水中存在的油漆颗粒表面带有同种电荷相互排斥,消粘剂A为不溶于水的线性高分子聚合物,含有大量的-NH、-CH2OH、-NH2基团,携带正负双电荷,具有很强电中和性,能迅速中和油漆粒子电荷,对水中带电油漆颗粒进行吸附、捕捉、包裹,并通过化学作用穿透和破坏涂料的功能基团,降低界面自由能,改变粒子的表面性质,防止粒子的聚集,从而实现油漆脱粘,最终形成蓬松状小絮状物体。碱性环境中,使包裹漆滴的初絮体带有负电荷,使用相对分子质量较大和携带丰富阳离子的凝集剂B,通过静电吸附、电中和脱稳、双电层压缩、架桥、网捕等多种作用将细小松散的漆雾初絮体聚集成密集的块状物并上浮。凝集过程中改性剂与阳离子高分子之间相互捕捉、缠绕使油漆去除率提高,并挤压漆渣使其含水率降低,从而使得漆渣易从循环水系统中排除。由于消粘剂A、改性剂、阳离子聚丙烯胺的相互协同作用,使其凝集性能和漆渣分离显著改善,达到去除油漆废水中过喷漆雾的目的。3最佳加入配比的确定本文研究并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