CN103254701B

CN103254701B - 一种防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN103254701B
Application number: CN201310158505.6A
Authority: CN
Inventors: 徐燕; 戎聪; 萧小月
Original assignee: NANJING SCF NANOTECH Ltd
Current assignee: Qingdao Kefu nanotechnology Co.,Ltd.
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: CN103254701A

Abstract

本发明提供一种防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料及其制备方法，其由A剂和B剂组成，所述A剂由以下重量百分比组分组成：氟碳树脂60％-70％、石墨烯纳米微片1％-8％、紫外线吸收剂0％-2％、分散剂0.5％-1％、流平剂0.5％-1％、消泡剂0.5％-1％、膨润土1％-3％、钛白粉20％-25％、附着力促进剂0.5％-1％和溶剂2％-5％，所述B剂为与A剂联用的固化剂。本发明操作制备工艺简单，所制备的石墨烯防腐漆具有优良的耐磨、耐老化、防菌以及防腐蚀性能，并且石墨烯无毒害副作用，高效环保。

Description

一种防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种新型防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料及其制备方法。

背景技术

地球的表面五分之四为海洋所覆盖，海洋经济和海洋产业对人类社会的发展起着极为重要的作用。海洋环境是十分严酷的腐蚀环境，船舶长期处于这样的海洋环境中，腐蚀极其严重，而涂料一直是其最主要的防腐手段。海洋防腐和防污涂料是构成海洋涂料的基础。为了解决这两大问题，海洋涂料的设计根据各种设施的使用环境和要求不同，又衍生出各种系列产品，例如，船舶涂料、海洋工程设施用重防腐涂料等。其中，氟碳树脂是近年来广受关注的新型材料，它具有极优异的耐候性、耐沾污性、耐化学品性、耐溶剂性等，是超耐候性建筑涂料及重防腐涂料的优良材料。此外，为了提高涂料的防腐性能，新型涂料还采用纳米微粒，如纳米级二氧化钛、氧化锌、碳酸钙及二氧化硅等。它们用于防腐涂料具有极好的协同作用。纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合，增强了涂层的致密性及抗离子渗透性。此外，纳米微粒还可以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、硬度、光洁度和耐老化性，是重要的发展方向之一。为了防止海洋生物在船底附着并由此带来对涂层的腐蚀，船底防腐和防污漆中有意掺入对生物有毒的物质，以一种渐释的形式抑制生物在漆面上生长。近年来，环境污染日益严重，对生态环境和人类的健康与生存构成了极大的威胁，目前已经在全球范围内掀起了保护环境的浪潮。这对各行各业都是一个新的挑战，对船舶涂料业来说更是如此。世界经济飞速发展，船运业日趋兴旺，海洋航运量也随之增加。然而，随之而来的问题是这些大小船只的船身都涂有含各种毒料、重金属化合物等有害物质的防腐涂料和防污涂料。涂料在施工使用和固化过程中会释放出有机溶剂，对环境和人身健康构成了严重的威胁。为了适应时代的发展和环境保护的要求，开发环保型涂料成为船舶涂料研究生产的主要目标，并且在涂料技术的开发中要达到高性能、节省资源及适应生态环境的目的。

石墨烯是本世纪的核心功能材料。基于近二十年来二维石墨烯，一维碳纳米管，和零维碳-60等新型碳基功能材料的开发和应用，科学界普遍认为：“20世纪是硅的世纪，21世纪将是碳的世纪”。石墨烯具有一系列优良的物化性能，包括1)优异的电学性能：石墨烯在二维平面上的电阻率为10^-6Ω/cm，小于最佳的金属导体银(银的电阻率为1.58x 10^-6Ω/cm)。而其导电密度是铜的一百万倍。2)机械性能：石墨烯是最薄、最坚硬的物质。美国哥伦比亚大学James Hone等人最近发现，石墨烯的硬度比钻石还高，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。3)化学性能：石墨烯具有稳定的sp²化学结构，耐腐蚀，耐高温，化学稳定性好。4)高比表面积：比表面积≥2650m²/g。易于修饰及大规模生产等。5)抑制细菌生长。6)抗紫外辐射的功能。

由于上述的这些优异的特性，石墨烯产品的应用研究近年来迅猛发展。在涂料行业，中国专利(申请号CN201210066163.0)公布了一种基于聚苯胺与石墨烯复合材料的防腐涂料及制备方法。然而，石墨烯粉体在干燥条件下极易于卷曲和团聚，这就大大地影响了石墨烯的各种优良特性的发挥。

发明内容

本发明的目的是针对现有一些防腐涂料中所存在的一些不足提供一种防腐蚀性能佳，抗老化能力强，耐磨性好以及相比同类涂料污染小，安全环保的石墨烯氟碳混合涂料。

本发明的另一目的是充分利用石墨烯优异的特性，采用新型分散和均质工艺，将石墨烯微片成功地展开并分散，制备出一种防腐蚀性能佳，抗老化能力强，耐磨性好以及相比同类涂料污染小，安全环保的石墨烯氟碳混合涂料。

本发明的一种新型防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料，其由A剂和B剂组成，所述A剂由以下重量百分比组分组成：氟碳树脂60％-70％、石墨烯纳米微片1％-8％、紫外线吸收剂0％-2％、分散剂0.5％-1％、流平剂0.5％-1％、消泡剂0.5％-1％、膨润土1％-3％、钛白粉20％-25％、附着力促进剂0.5％-1％和溶剂2％-5％，所述B剂为与A剂联用的固化剂。所述A剂和B剂的质量比为10:1—3:1。

上述组分中，所述石墨烯的重量百分比优选为1—5％。

上述组分中，所述A剂和B剂的质量比优选为6:1。

上述A剂各组分中，氟碳树脂具有优异的耐化学性和防腐性、耐磨性、绝缘性以及耐玷污性等性能；石墨烯具有优异二维导电特性、强抗紫外辐射性、优良延展耐磨性、以及抑制微生物生长的性能；紫外线吸收剂能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化，能消弱紫外光对涂料的破坏；钛白粉有优异的抗紫外线及耐酸碱性能；膨润剂具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性；分散剂、流平剂、消泡剂以及附促进剂都是涂料中常用的助剂，这些组分以及各组分的百分比都是经过大量的实验确定的，上述组合以及百分比范围使本发明涂料形成的涂层具有优异的防腐、防紫外、防菌及耐磨性能。

上述与A剂联用的固化剂为德国拜耳公司的Desmodur N3390固化剂。

本发明制备新型防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料的步骤如下：

(1)按上述配比称量所述A剂中的各组分；

(2)将步骤(1)中石墨烯纳米微片按质量比1:100加入到乙醇溶液中，然后放入超声分散设备中进行超声分散至少3h后，取出过滤，得到石墨烯过滤样品；

(3)将步骤(2)中石墨烯过滤样品在100℃条件下烘干，再与步骤(1)中称好的部分溶剂按体积比1:2混合，并超声分散时间至少1h，取出待用；

(4)将步骤(1)中称量好的氟碳树脂及剩余溶剂放入球磨罐中，研磨并混合搅拌至少0.5h，搅拌过程中分别加入分散剂、流平剂、消泡剂和附着力促进剂；

(5)将所述步骤(3)中处理好待用的石墨烯溶剂混合液加入到步骤(4)中的球磨罐中，以1000转/分钟的速度混合搅拌，搅拌时间至少8h，得到A剂；

(6)将A和B剂按6:1的质量比混合搅拌均匀，混合时间至少0.5h，即制得所述石墨烯氟碳混合涂料。

优选的，所述步骤(2)中，超声功率至少为200W，超声分散时间为3—5h。

优选的，所述步骤(3)中的混合超声时间为1h—3h。

优选的，所述步骤(4)中搅拌时间为0.5h—2h。

优选的，所述步骤(5)中球磨罐的搅拌时间为8h—10h。

优选的，所述步骤(6)中，A剂和B剂的混合时间为0.5h—1h。

上述各步骤所用设备都是本领域所常用设备。

本发明的涂料可以采用常规涂覆方法涂刷到所选择的基材上，室温固化。如果需要多层涂覆，每层所需的固化时间要适宜，比如不少于2h。

本发明的有益效果：

本发明制备的一种新型防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料，其有如下优点：

(1)本发明利用石墨烯优异的机械性能——厚度薄，硬度高，延展性好，耐摩擦，通过将其均匀分散在氟碳树脂和溶剂中制备成涂料，由于石墨烯纳米微片均匀地分散在树脂中，利用其高的比表面积，石墨烯将在涂层中形成一层致密的涂膜，大大地提高了原有漆膜的强度以及耐磨性。

(2)本发明利用石墨烯优秀的化学性能——耐腐蚀，耐紫外线，化学稳定性高等特点，所制得的涂料具有极强的耐候性以及耐老化性，在期限内不粉化不脱落，并且具有很好的防渗透性，并且涂料本身抑菌作用较强。

(3)本发明操作制备工艺简单，有利于大量的生产，施工方便，可手刷，可喷涂，常温即可固化，并且石墨烯无毒害副作用，具有高效，高性能，方便，环保的特点。

附图说明

图1是对本发明制备的涂料进行水蒸汽渗透率测试的对比结果。

具体实施方式

实施例1

本发明涂料的制备步骤如下：

(1)分别按表1中指定的各组分配比称量好各组分，备用；

(2)将步骤(1)中石墨烯纳米微片按质量比1:100加入到乙醇溶液中，然后放入超声分散设备中进行超声分散3h—5h后，取出过滤，得到石墨烯过滤样品；

(3)将步骤(2)中石墨烯过滤样品在100℃条件下烘干，再与步骤(1)中称好的部分溶剂按体积比1:2混合，并超声分散时间1h-3h，取出待用；

(4)将步骤(1)中称量好的氟碳树脂及剩余溶剂放入球磨罐中，研磨并混合搅拌0.5h—2h，搅拌过程中分别加入分散剂、流平剂、消泡剂和附着力促进剂；

(5)将步骤(3)中处理好待用的石墨烯溶剂混合液加入到步骤(4)中的球磨罐中，以1000转/分钟的速度混合搅拌。搅拌时间8h—10h，得到A剂；

(6)将A剂和B剂按6:1的质量比混合搅拌均匀，混合时间0.5h—1h，即制得所述石墨烯氟碳混合涂料。在本发明中，为了使得A剂与B剂混合后的性能不受影响，混合时间不宜过长，混合均匀即可，混合后宜尽快使用。

将本实施例得到的涂料涂刷到不锈钢板及滤纸上，室温固化，如果需要多层涂覆，每层所需的固化时间不少于2小时。然后，测试涂层的耐磨性、耐老化性及水蒸气渗透测试，在表1、表2和图1中列出了测试结果，其中，测试方法如下：

1.耐磨性测试

准备两块150mm*70mm*10mm规格的不锈钢板，其中一块为对照组，其表面涂刷未添加石墨烯纳米微片的涂料，另一块为实验组，其表面涂刷本实施例所制备得到的石墨烯氟碳混合涂料。根据国家标准《涂料耐磨性测定落砂法》(GB/T 23988-2009)对试样进行耐磨性测定。实验结果请参见表2：添加石墨烯的涂料涂层在相同条件下，耐磨性有了较大的提升，这说明石墨烯纳米微片涂料具有比较优秀的耐磨性能。

2.老化(耐紫外辐射)测试

准备两块150mm*70mm*10mm规格的不锈钢板，其中一块为对照组，其表面涂刷未添加石墨烯纳米微片的涂料，另一块为实验组，其表面涂刷本实施例所制备得到的石墨烯氟碳混合涂料。根据国家标准《色漆和清漆涂层的人工气候老化曝露曝露于荧光紫外线和水》(GB/T 23987-2009)对试样进行人工老化测定。

实验结果见表1：石墨烯氟碳混合涂料在相同条件下，经人工加速紫外老化5000h以上，仍无明显变化，而参照涂层在照射5000h后出现颜色变浅，粉化等老化现象，这说明石墨烯氟碳纳米涂料具有优异的耐老化性及耐候性。

3.水蒸汽渗透测试

准备六片快速过滤的滤纸，其中三块为对照组，其表面涂刷未添加石墨烯纳米微片的涂料，另三块为实验组，其表面涂刷本实施例所制备得到的石墨烯氟碳混合涂料。根据《钢制储罐液体环氧涂料内防腐层技术标准》(SY-T 0319-98)对试样进行水蒸汽渗透率的测定。

实验结果见图1：石墨烯氟碳混合涂料在相同条件下，在同样的实验条件下，对比例的涂料的质量损失大于本发明含2％石墨烯涂料的质量损失。并且随着时间的延长，对比例涂料的质量损失比2％石墨烯涂料的质量损失越来越大。由此可知，本发明的石墨烯氟碳混合涂料具有较好的防渗透性，不易被腐蚀。

实施例2

该实施例中，所述A剂与B剂的质量比为10:1，其余的制备参数和步骤与实施例1相同，以下按表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，其测试结果见表1、表2和图1。

实施例3

该实施例中，所述A剂与B剂的质量比为3:1，其余的制备参数和步骤与实施例1相同，以下按表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，其测试结果见表1、表2和图1。

对比例

本发明的对比例中未添加石墨烯纳米微片，其余组分均和实施例1—3相同。其测试结果见表1、表2和图1。

表1

表2落砂法测定耐磨性实验记录

表1、表2及图1各实施例和对比例的耐磨性、耐老化性及防渗透性结果表明，无论在单一性能上，还是综合性能上，本发明的涂料均明显优于对比例的涂料，具有优异的耐磨性、防菌防腐及耐老化性能等。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims

1.一种防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料，其特征在于：

其由A剂和B剂组成；

所述A剂由以下重量百分比组分组成：氟碳树脂60％-70％、石墨烯纳米微片1％-8％、紫外线吸收剂0％-2％、分散剂0.5％-1％、流平剂0.5％-1％、消泡剂0.5％-1％、膨润土1％-3％、钛白粉20％-25％、附着力促进剂0.5％-1％和溶剂2％-5％；

所述B剂为与A剂联用的固化剂；

所述A剂和B剂的质量比为10:1—3:1，

所述防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料的制备方法如下：

(1)按上述配比称量所述A剂中的各组分；

(5)将步骤(3)中处理好待用的石墨烯溶剂混合液加入到步骤(4)中的球磨罐中，以1000转/分钟的速度混合搅拌，搅拌时间至少8h，得到A剂；

2.根据权利要求1所述的防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料，其特征在于：所述石墨烯纳米微片的质量百分比为1％—5％。

3.根据权利要求1所述的防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料，其特征在于：所述A剂和B剂的质量比6:1。

4.一种如权利要求1所述的防腐、防紫外、防菌及耐磨涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)按上述配比称量所述A剂中的各组分；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，超声功率至少为200W，超声分散时间为3—5h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的混合超声时间为1h—3h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中搅拌时间为0.5h—2h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中球磨罐的搅拌时间为8h—10h。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，A剂和B剂的混合时间为0.5h—1h。