一种新型漆雾凝聚剂的研制

陈 沁，姜晓博，俞世昌，申聚鹏，吴中华，曾德芳*

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070；2.襄阳市环境保护监测站，湖北襄阳 441000）

·科学研究·

一种新型漆雾凝聚剂的研制

陈 沁1，姜晓博1，俞世昌1，申聚鹏1，吴中华2，曾德芳1*

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430070；2.襄阳市环境保护监测站，湖北襄阳 441000）

以三聚氰胺和甲醛为主要原料，并加入醇类和胺类组成的助剂C来清除残余的甲醛，制备消粘剂A；以改性聚丙烯酰胺为主要原料制备凝聚剂B。对过喷油漆废水进行凝聚处理研究，确定了一种的最佳制备工艺，其中消粘剂A的成分为n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1，凝聚剂B的主要成分为阴离子型聚丙烯酰胺。该漆雾凝聚剂中的消粘剂A和凝聚剂B的最佳配比V（A）∶V（B）＝1∶1时，漆雾去除率为97.8%。

漆雾凝聚剂；三聚氰胺；甲醛；消粘剂

漆雾凝聚剂又称除漆剂、造渣剂、油漆絮凝剂，用于湿式喷气室循环水处理。

随着现代涂装工艺的发展，喷涂剂用量日益增加，通常会有很多不能涂覆工件上而成为“过喷”涂料，过喷量达到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［1］。而且这些“过喷”涂料具有粘性，会粘附在水泵、管道、风机叶片上，堵塞喷嘴等，影响设备运行。因此，需要在循环水中加入漆雾凝聚剂来解决上述问题［2］。

目前，喷涂房循环水处理主要形式为化学吸附凝聚分离法，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［3］。因此。本研究以三聚氰胺为原料制备出了一种性价比明显优于同类漆雾凝聚剂的新型漆雾凝聚剂。与最新的同类漆雾凝聚剂相比，漆雾去除率提高到了97.8%，成本降低到了1.7元／kg，而且可以去除循环水中游离的甲醛，减少了对人体及环境的危害。

1 实验部分

1．1 实验材料

三聚氰胺：质量分数99.8%，工业一级；聚丙烯酰胺：工业一级；黄色醇酸磁漆；甲醛、盐酸、硫酸、硫酸铝、氢氧化钠均为分析纯。

电子天平：FA2004型，上海悦丰仪器仪表有限公司，电热恒温水浴箱：HHW21.420型，北京市永光明医疗仪器厂；TP-10 PH计：德国Sartorius公司；浊度仪：BHS-100NTU，苏州百恒仪表有限公司；紫外分光光度计：UV-1200型，上海美普达仪器有限公司。

实验水样：自制，按照漆雾凝聚剂的小试试验一般步骤［4］制备，在500mL的广口瓶中加350mL工业自来水，用氢氧化钠溶液调整pH到8～9备用。

1.2 实验方法

本实验采用单因素实验法来确定消粘剂A中三聚氰胺、甲醛与助剂C的最佳配比以及消粘剂A和凝聚剂B的最佳配比，并研究消粘剂A的最佳反应条件。用手指剪切法来检验漆渣的消粘效果［5］，以目测漆渣状况、漆渣上浮状况、漆泥状态、水的清澈度、用浊度仪测定悬浮液浊度的变化和分光光度计测定悬浮液在加药前后的吸光度变化为标准来检测漆雾去除率［6］。确定新型漆雾凝聚剂的最佳制备工艺，并将除雾效果与最新的同类产品相对比。

1.3 实验过程

1.3.1 消粘剂A的制备

在500 m L烧杯中加入一定量的水，再依次加入一定量的三聚氰胺和甲醛，在40～90℃条件下分别搅拌反应1～6 h后分别得到6个不同温度和反应时间条件下制得的透明液体，然后加入一定量由醇类和胺类组成的助剂C搅拌反应30 min，最后用盐酸将该溶液pH调节为1～6得到6个不同pH值的消粘剂A。通过单因素实验法确定消粘剂A的最佳制备工艺和最佳配比。

1.3.2 凝聚剂B的制备

在500mL烧杯中加入一定量的水和50%的硫酸溶液，使水溶液保持酸性，再依次加入一定量的阴离子聚丙烯酰胺和硫酸铝，在常温条件下搅拌反应5h得到粘稠状的透明溶液，最后用氢氧化钠溶液调整其pH至7左右便得到凝聚剂B。

1.3.3 凝聚实验

取350m L水样于广口瓶中，用氢氧化钠溶液将水样的pH调节至8～9，用漆雾凝聚剂进行凝聚处理，按比例加入消粘剂A，加盖震荡2～3 min，使消粘剂充分溶解，再按比例加入未使用过的涂料，加盖震荡2～3min，使涂料充分分散在水中即可，最后加入凝聚剂B搅拌1 min，观察处理效果。

2 结果与讨论

2.1 漆雾凝聚剂中消粘剂A的最佳配比

本实验设计的6种不同的消粘剂A加量配方如表1所示。分别用以上6种消粘剂A制备的凝聚剂对同一实验水样进行处理，并观察每种配方脱粘效果、漆渣上浮状况、漆泥状态、处理后水的清澈度。取上层清液用浊度仪和分光光度计测其漆雾去除率，初步同比试验结果见表2。

表1 6种消粘剂A的加量配方Table 1 Dosage of 6 k inds of paint detackifier A

表2 6种消粘剂A制备的漆雾凝聚剂的凝聚效果比较Table 2 Com parison of coagulating effect among composite floccu lantsmade by 6 kinds of paint detack ifier A

由表1和表2可知，随着消粘剂A中各组分的增加，漆雾去除率是先升高，出现最大值之后缓慢降低。当n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1时，油漆废水完全脱黏，漆渣完全上浮，漆泥呈细泥状，水质清澈且漆雾去除率达到97.1%。由此可确定消粘剂A各组分最佳配比为n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1。

2.2 漆雾凝聚剂最佳制备工艺

消粘剂A是由三聚氰胺和甲醛等在水相中通过曼尼希反应［7］合成羟甲基化水溶性树脂，由于三聚氰胺甲醛树脂在合成过程中所发生的化学反应比较复杂，因此在合成及生产工艺上会随着各种条件因素的变化而导致树脂结构和性能的改变，如温度、pH、反应时间等。因此在本实验中采用了单因素实验法来确定最佳制备工艺。

2.2.1 制备漆雾凝聚剂中的消粘剂A的最佳pH值

将以上制备的pH值为1～6的6个不同pH且组分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1的消粘剂A与凝聚剂B按体积比1∶1对同一水样进行凝聚实验，考察消粘剂A制备时不同pH对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响，实验结果见图1。

图1 消粘剂制备时不同pH对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响Figure1 Influence of different reaction pH in the preparation of A on coagulating effect

由图1可知，pH在1～3时，漆雾去除率达到最大值，且变化不大。pH为1～3时，羟甲基三聚氰胺中的羟甲基进一步与氨基、亚氨基、羟基发生缩合反应，生成线型或支链型结构的低级三聚氰胺甲醛树脂，所以漆雾去除率高。当pH为4～6时，溶液呈弱酸性时，羟甲基氧化速度较慢，三聚氰胺甲醛树脂产率低，因此漆雾去除率低［8］。因此，本实验确定的制备消粘剂A的最佳pH为3.0。

2.2.2 制备漆雾凝聚剂中的消粘剂A的最佳反应温度

将pH为3.0，组分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1，反应温度分别为40～90°C的消粘剂A分别与凝聚剂B按体积比1∶1对同一水样进行凝聚实验，不同反应温度制备消粘剂A的实验结果见图2。

图2 消粘剂制备时不同反应温度对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响Figure2 Influence of different reaction tem perature in the preparation of A oncoagu lating effect

由图2可知，当反应温度为80℃时，漆雾去除率达到最大值。盐酸催化甲醛和三聚氰胺是放热的亲核加成反应，提高反应温度对体系的反应进程有影响，易于反应的进行。在温度低于60℃时，三聚氰胺与甲醛反应速度很慢，且一定时间内漆雾去除效果不明显；在温度为60～80℃时，反应速度随温度的升高而逐渐加快，在80℃时漆雾去除率达到最大值，温度高于80℃时，反应产物易成易环、交联成凝胶状，使消粘效果下降。由此可知，本实验确定的制备消粘剂A的最佳反应温度为80℃。

2.2.3 制备漆雾凝聚剂中的消粘剂A的最佳反应时间

将pH为3.0，组分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1，反应温度为80℃，反应时间分别为1～6 h的消粘剂A与凝聚剂按体积比1∶1对同一水样进行凝聚实验，考察不同消粘剂A制备反应时间对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响，实验结果见图3。

图3 消粘剂制备时不同反应时间对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响Figure 3 Influence of d ifferent reaction time in the preparation of A on coagulatingeffect

由图3可知，当反应时间为3 h时，漆雾去除率达到最大值。反应时间过短，三聚氰胺与甲醛反应不充分，漆雾去除率低；反应时间过长，生成了环状或交联的高分子，从而使消粘效果下降漆雾去除率降低［9］。由此可见，本实验确定的制备消粘剂A的最佳反应时间为3 h。

2.2.4 漆雾凝聚剂中的消粘剂与凝聚剂B的最佳配比

将pH为3.0，组分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1，反应温度为80℃，反应时间为3 h的消粘剂A与凝聚剂B按不同比例对同一水样进行凝聚实验，A剂与B剂不同投加比例的实验结果如图4所示。

由图4可知，消粘剂A与凝聚剂B的V（A）∶V（B）＝1∶1时，漆雾去除率达到最大值。当消粘剂A较多时，处理废水的漆渣较多且漆渣含水率较高；当凝聚剂B较多时，阴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。因此，漆雾凝聚剂中的消粘剂A与凝聚剂B的最佳配比为V（A）∶V（B）＝1∶1。

图4 消粘剂A与凝聚剂B的投加比例对漆雾凝聚剂凝聚效果的影响Figure 4 Influence of different dosage proportion on coagulating effect

2.3本漆雾凝聚剂与同类最新的漆雾凝聚剂的比较

将在本实验确定的最佳配方及最佳制备工艺的条件制备的漆雾凝聚剂与同类的最新漆雾凝聚剂处理同一水样，将两者的处理结果进行对比，结果见表3。

表3 凝聚剂凝聚效果及成本的比较［10］Table 3 Com parison of coagulating effect and cost

由表3可知，本实验确定的漆雾凝聚剂相对于同类最新漆雾凝聚剂来说，漆雾去除率提高到了97.8%，而成本却降低了15%，且由于助剂C的加入，清除了多余的游离甲醛，减少了对人体及环境的危害，具有明显的经济效益和环境效益，值得在我国油漆废水处理工业中推广和使用。

2.4 漆雾凝聚剂的作用机理分析

本漆雾凝聚剂由消粘剂A和凝聚剂B组成。在碱性条件下，循环水中存在的油漆颗粒表面往往带有同种电荷而相互排斥，消粘剂A为线型高分子聚合物，具有很强电中和性，携带正负双电荷，能迅速中和油漆粒子电荷，由于静电吸附原理对水中带电油漆颗粒进行吸附、捕捉、包裹、分散，对漆滴被吸附后，利用两极不同的亲和性将漆滴完全包裹，并通过化学作用穿透和破坏涂料的功能基团，显著地降低了界面自由能，改变了粒子的表面性质，因而防止了粒子的聚集，从而使油漆脱粘，最终形成蓬松状小絮状物体。助剂C中含有的醇胺类物质通过化学反应，将游离的甲醛清除掉，减少甲醛的危害。

凝聚剂B自身携带丰富的阴离子，主要是通过静电吸附、电中和脱稳、双电层压缩、架桥、网捕等多种作用将细小分散的漆雾微粒聚集成密集的块状物并上浮，便于实现固液分离，保持系统中的离子平衡。因其相对分子质量较大，可加快凝集基团在系统中上浮速度，最终能将失去黏性的油漆粒子聚集起来，从而使得漆渣能够从循环水系统中排除。

消粘剂A的消粘作用和凝聚剂B的凝聚上浮作用相互协同互补，使其凝聚性能显著改善，达到去除过喷油漆废水中漆雾，持续使用循环水的目的。［11］

3 结语

本实验研究并确定了一种新型漆雾凝聚剂的最佳配方及最佳制备工艺。其中消粘剂A中组分n（三聚氰胺）∶n（甲醛）∶n（助剂C）＝1∶2∶1，最佳制备工艺为pH为3.0，反应温度为80°C，反应时间为3h；消粘剂A与凝聚剂B的投加比例为V（A）∶V（B）＝1∶1。按此配方和制备工艺制备出的漆雾凝聚剂漆雾去除率高达97.8%，成本仅为1.7元／kg，与同类最新漆雾凝聚剂相比成本下降了15%。而且本漆雾凝聚剂由于加入了由醇类和胺类组成的助剂C，清除了反应中游离的甲醛，减少了对人体和环境的危害。

本漆雾凝聚剂不仅漆雾去除率高而且成本低廉，对环境无污染，具有明显的经济效益及环境效益，在我国的油漆废水处理工业中有着广阔的应用前景。

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Preparation of a Novel and High Efficiency Coating M ist Polycoagulant Taken M elam ine as the M ain M aterial

CHEN Qin1，JIANG Xiao-bo1，YU Shi-chang1，SHEN Jup-eng1，WU Zhong-hua2，ZENG De-fang1*

（1.School of Resource＆Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.Xiangyang Environgmental Protection monitoring Station，Xiangyang 441000，China）

Takenmelamine and formaldehyde as themainmaterials，and adding additives consisting of alcohols and amines C to remove residual formaldehyde，adhesives eliminate A was prepared，withmodified polyacrylamide flocculant as themain raw material coagulant B was prepared，the optimum preparation processwas determined according to the research of coagulation treatment of overspray paint wastewater，wherein the elimination A has a composition ofmelamine：formaldehyde：Additive C（molar ratio）＝1：2：1，coagulant B has themain component of anionic polyacrylamide.The best ratio of eliminate A and coagulant B in themist coagulant is V（A）：V（B）＝1：1，then the removal ofmist is up to 97.8%.

mist coagulant；melamine；formaldehyde；adhesives eliminate

TQ 630.4

： A

： 1004-275X（2014）01-0001-05

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.01.001

收稿：2013-09-26

国家级大学生创新创业训练计划（20131049708003）。

陈沁（1993-）女，大学二年级学生，主要研究以三聚氰胺为原料的漆雾凝聚剂的研制。

*通信联系人：曾德芳，电邮：df5152＠163.com，电话：027-86581750。