鋅電解陰極板耐蝕絕緣涂層材料的研究

王進龍，張 析，王 軍

（西北礦冶研究院 精細化工研究所，甘肅 白銀 730900）

在有色金屬行業，許多設備和部件均受到流體腐蝕和沖蝕磨損。如浸出反應槽、儲槽、濃密機、電解槽、球磨機、渣漿泵、旋流器、攪拌桶等選冶設備。因腐蝕和磨損使設備及備件使用周期大為縮短，不僅增加了企業的生產成本，而且由于設備檢修次數增大，使得勞動強度變大。

濕法煉鋅行業一般采用鉛銀合金作為陽極板，工業純鋁做陰極板，在硫酸鋅電解液中通直流電進行電解沉鋅，在電解過程中，鋅離子在陰極得到電子被還原成鋅沉積下來，在板面聚集到一定厚度后，提出陰極鋁板剝離即得到鋅片，然后進行熔鑄，對陰極鋁板進行處理之后，再返回電解槽繼續使用[1]。縮短了陰極板的使用壽命，增加了生產成本。

文章針對鋅電解陰極板容易腐蝕問題而研究了一種耐蝕絕緣涂層材料，該種涂層材料可以阻止車間空氣酸度等惡劣環境對板材的腐蝕，延長陰極板的使用壽命，降低了成本。

1 實驗部分

1.1 實驗主要原料

試驗所用的主要原材料規格及廠家如表1。

表1 試驗原材料及規格

1.2 HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物合成實驗

1.2.1 合成原理

端羥基聚丁二烯橡膠（分子量3000～3500，羥基0.5～0.65mmol/g）與甲苯二異氰酸酯（TDI）進行聚合反應生成端異氰酸酯基聚氨酯預聚體。其主要化學反應方程式如下：

利用由端羥基聚丁二烯橡膠制備得到的端異氰酸酯基聚氨酯預聚體中端異氰酸酯基（—NCO）活性很高的特點，使其與環氧樹脂分子鏈中的羥基（—OH）反應，從而使端異氰酸酯基聚氨酯預聚體以化學鍵合的形式接枝到環氧樹脂主體結構中，得到端羥基聚丁二烯改性環氧樹脂聚合物。其主要化學反應方程式為:

1.2.2 HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物與E-44環氧樹脂性能比較

合成的HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物，其性能與E-44環氧樹脂性能比較如表2。

表2 HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物與E-44環氧樹脂性能比較

由表2可見，合成的HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物與E-44環氧樹脂相比，在抗拉強度、抗剪強度、耐磨性、耐溫性等方面均有所提高[2]。

2 結果與討論

2.1 預聚體的用量對聚合物性能的影響

端異氰酸酯預聚體的加入量是影響聚合物性能的最直接因素，加入量小將起不到改性的作用，加入量太多，改性聚合物的交聯度提高，柔性基團數量上升，使聚合物的剛性和強度下降。預聚體的用量對聚合物性能的影響見圖1。

圖1 端異氰酸酯預聚體用量對聚合物性能的影響

由圖1可以看出,隨著端異氰酸酯預聚體用量增加，聚合物的力學性能逐漸提高，用量為10%時改性效果最好。

2.2 納米SiO2用量對材料性能的影響

納米SiO2用量對聚合物性能的影響如圖2、3所示。

圖2 納米SiO2用量對聚合物力學性能的影響

圖3 納米SiO2用量對聚合物磨耗值的影響

由圖2、圖3可知，當納米SiO2添加量為1.5%時，復合涂層材料抗拉強度和抗剪強度最高，磨耗值最低[3]。

2.3 微米SiC用量對材料性能的影響

微米SiC用量對材料性能的影響如圖4所示。

圖4 碳化硅用量對材料磨耗值的影響

由圖可知，隨著SiC用量增大，材料磨耗值逐漸降低，當SiC用量為60%時，材料磨耗值逐漸升高，這是因為SiC硬度大，耐磨性好，當加入量過大時，使得材料體系中填料體積濃度變大，從而使材料內聚能變小，磨耗值變大。

2.4 偶聯劑KH550加入量對材料性能的影響

經過探索性試驗篩選，選用KH-550硅烷偶聯劑，并對KH-550偶聯劑用量對材料性能影響進行了研究，影響如圖5、6所示。

圖5 KH-550用量對復合材料力學性能影響

圖6 KH-550用量對復合材料磨耗值的影響

由圖5、圖6可知，當KH-550添加量為1.0%時，復合涂層材料抗拉強度和抗剪強度最高，磨耗值最低。

綜上所述，通過試驗數據及結果分析。合成的HTPB-聚氨酯/環氧樹脂聚合物與E-44環氧樹脂相比，在抗拉強度、抗剪強度、耐磨性、耐溫性等方面均有所提高；納米二氧化硅對復合涂層材料的性能影響較為明顯，當納米二氧化硅用量為復合涂層材料的1.5%時，可使抗壓強度提高45%，抗剪強度提高32%，耐磨性提高16%；微米級SiC加入，可明顯改善涂層材料的耐蝕耐磨性，其加入量為60%時，復合涂層材料的耐磨性最好；KH-550硅烷偶聯劑可以改善納米二氧化硅及微米級SiC在聚合物中的分散性和潤濕性，KH-550硅烷偶聯劑最佳用量為復合涂層材料的1～1.25%時，可明顯改善填料在聚合物中的潤濕分散性。

3 結語

①通過對改性多元胺、芳香胺等系列中多種固化劑試驗對比，選擇自制的復配型T-28為固化劑。該固化劑具有粘度小、毒性低、固化溫度低、粘結強度大特點。②該復合涂層材料配方采用無溶劑配方設計，提高了復合材料與基體材料的粘結強度，避免有機溶劑揮發到大氣中對環境造成污染。