CN103497636B - 纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料及其制备方法。涂料由A、B两组分构成，其中A组分包含水性环氧乳液、纳米导电碳材料、锌粉、水性消泡剂、水性润湿分散剂等组分；B组分为改性胺类固化剂乳液。其制备方法：（1）制备纳米导电碳材料水性浆料；（2）将水、水性环氧乳液、水性消泡剂、水性润湿分散剂加入搅拌釜中，低速搅拌分散均匀后，依次加入锌粉、防沉剂和纳米导电碳材料浆料等，经高速分散得到纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料组分A；（3）将组分B加入到组分A中，搅拌均匀，过筛即可。采用本发明获得的纳米导电碳材料改性环氧防腐涂层有很好的耐蚀性和抗冲击性。

Description

纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐涂料领域，特别涉及一种纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料及其制备方法

背景技术

金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，金属材料的腐蚀极大地影响了金属结构、仪器设备、桥梁、建筑物、交通工具等的使用寿命和安全性，危害十分严重。据统计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.5%～4.2%，超过每年各项天灾(火灾、风灾及地震等)损失的总和。我国每年因为腐蚀造成直接损失达到6000亿元，约占GDP的1.5%，并且有递增的趋势。因此，防止和抑制金属材料的腐蚀意义重大。虽然实现金属防腐的方法很多，但是实践证明，涂层防腐是最经济有效的。一般情况下，对于船舶、桥梁及海上和沿岸设施等要经受恶劣腐蚀环境下的金属构件表面需要实行重防腐蚀涂装：先在金属材料上涂敷底漆，之后依次涂敷中漆和面漆。目前广泛使用的底漆为富锌底漆，主要为无机富锌底漆和环氧富锌底漆。虽然无机富锌涂料的防腐寿命相对较长，但是无机富锌涂层柔韧性差，从而抗冲击性不好，同时，无机富锌涂料对底材的表面处理要求很高，造成施工不方便且施工费用高。相对于无机富锌涂料来说环氧富锌涂料的漆膜柔韧性好，施工对基材表面处理级别要求不高，具有施工费用低、速度快等优点。但是，目前市场上的环氧富锌涂料的有效防腐时间较短，只有3-5年，增加了钢结构涂装维修成本。

发明内容

针对现有环氧富锌涂料的性能不足，本发明的目的在于提供一种长效环保环氧富锌涂料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料，其特征在于，所述的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料由以下两组分构成：

组分A由以下重量百分比的原料组成：

组分B为固化剂乳液，其与环氧树脂乳液的质量比为3:10—6:10。

所述的环氧树脂乳液为双酚A型环氧树脂乳液、双酚F型环氧树脂乳液、双酚AD型环氧树脂乳液、双酚S型环氧树脂乳液及它们相应的改性树脂乳液之一，乳液固含量为30-70％。

所述锌粉为球状锌粉、片状锌粉或两者任意比例的混合物，锌粉粒径为400-2000目。

所述的纳米导电碳材料为碳纳米管、石墨烯和富勒烯及其它们的衍生物中的一种或其混合物。

所述的防沉剂为膨润土、蒙脱土、高岭土、凹凸棒粘土之一或混合物。

所述的消泡剂为水性消泡剂。

所述的固化剂乳液为改性胺类乳液固化剂，其固含量为10-80％。

纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料的制备方法，按以下步骤进行：

（1）将纳米导电碳材料分散在水中，形成稳定的纳米导电碳材料浆液；

（2）在分散釜中，加入环氧树脂乳液、消泡剂、润湿分散剂、成膜助剂和适量水低速搅拌分散均匀，逐量加入锌粉，中高速搅拌分散均匀；再加入防沉剂，继续搅拌分散，最后加入导电纳米碳材料浆料，搅拌分散30-60分钟，得到纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料组分A；

（3）将B组分固化剂乳液加入A组分中，低速搅拌均匀，然后过筛，制得纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料；

所述步骤（1）中纳米导电碳材料浆液的固含量为0.001-1.0g/ml。

将制得的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料经喷涂、刷涂、滚涂或浸涂于金属材料表面形成涂层，放置于15-100℃的环境下，固化10分钟-20天。

本发明的有益效果：

本发明中均匀分散的纳米导电碳材料增进了锌粉颗粒之间、锌粉与金属材料之间的接触，增强了锌粉粒子和钢结构之间的电流传导，充分发挥了锌粉牺牲阳极，保护阴极的电化学保护作用。同时，纳米导电碳材料也发挥了一定程度的‘封孔’作用，从而提高了涂料的防腐性能，延长了涂料的使用寿命，另外纳米碳材料的添加也提高了涂膜的柔韧性，改进了环氧富锌涂料的抗冲性能。

具体实施方式

所用试剂均为市售的常规水性涂料助剂：

双酚A型环氧树脂乳液（固含量50％）（GEM02，上海绿嘉水性涂料有限公司），改性多胺类固化剂乳液（固含量50％）（LJ810，上海绿嘉水性涂料有限公司），600目的球状锌粉（江苏科成有色金属有限公司），羟基多壁碳纳米管（中科院成都有机化学有限公司），水性润湿分散剂（Nuosperse FX600），水性消泡剂（Dapro AP7015），钠基蒙脱土（浙江丰虹新材料有限公司）等。

实施例1

（1）称取0.35g的羟基多壁碳纳米管超声分散在10ml去离子水中，制备得多壁碳纳米管浆料；

（2）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（3）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌均匀；

（4）将（1）中制备好的多壁碳纳米管浆料逐量添加到（3）中获得的浆料中，1500r/min高速分散30分钟，制得A组分；

（5）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料；

（6）将制备的纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

实施例2

（1）称取0.56的羟基多壁碳纳米管超声分散在10ml去离子水中，制备得多壁碳纳米管浆料；

（2）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（3）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌均匀；

（4）将（1）中制备好的多壁碳纳米管浆料逐量添加到（3）中获得的浆料中，1500r/min高速分散30分钟，制得A组分；

（5）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料；

（6）将制备的纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

实施例3

（1）称取0.98g的羟基多壁碳纳米管超声分散在20ml去离子水中，制备得多壁碳纳米管浆料；

（2）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（3）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌均匀；

（4）将（1）中制备好的多壁碳纳米管浆料逐量添加到（3）中获得的浆料中，1500r/min高速分散45分钟，制得A组分；

（5）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料；

（6）将制备的纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

实施例4

（1）称取1.4g的羟基多壁碳纳米管超声分散在20ml去离子水中，制备得多壁碳纳米管浆料；

（2）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（3）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌均匀；

（4）将（1）中制备好的多壁碳纳米管浆料逐量添加到（3）中获得的浆料中，1500r/min高速分散50分钟，制得A组分；

（5）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料；

（6）将制备的纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

实施例5

（1）称取1.82g的羟基多壁碳纳米管超声分散在30ml去离子水中，制备得多壁碳纳米管浆料；

（2）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（3）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌均匀；

（4）将（1）中制备好的多壁碳纳米管浆料逐量添加到（3）中获得的浆料中，1500r/min高速分散50分钟，制得A组分；

（5）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料；

（6）将制备的纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

对比例

（1）在高速分散机的搅拌缸中加入100g的环氧乳液、1g FX600、1g AP7015和50ml去离子水，200r/min转速下搅拌20分钟，分散均匀；

（2）继续搅拌中相继加入156g锌粉和7.5g钠基蒙脱土，600r/min搅拌30分钟分散均匀，得A组分；

（3）将40g固含量50％的胺类改性固化剂乳液（B组分）加入A组分中，轻轻搅拌均匀后，过筛，制得水性环氧富锌涂料；

（4）将制备的水性环氧富锌涂料喷涂到测试板上，25℃下固化72小时后对漆膜进行性能测试，结果见下表。

上述提供的实施例1-5得到的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料及对比例中得到的水性环氧富锌涂料的性能结果如表1所示。

表1涂层性能测试结果

EP-0

1＃

2＃

3＃

4＃

5＃

硬度

H

2H

2H

2H

2H

3H

厚度(μm)

89

91

107

95

110

89

附着力

1级

1级

1级

0级

0级

1级

柔韧性

1级

1级

1级

1级

1级

1级

耐冲击性（kg.cm）

40

50

50

50

50

50

耐中性盐雾（h）

800

890

920

950

1100

1120

从以上实验结果可见，经纳米导电碳材料改性后的水性环氧富锌涂料的耐腐蚀性和抗冲击性都得到了较大程度的提高，可用作重腐蚀环境下的金属保护底漆。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何改动和变型，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料，其特征在于，所述的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料由以下两组分构成：

组分A由以下重量百分比的原料组成：

环氧树脂乳液 10-60%

锌粉 50-90%

纳米导电碳材料 0.1-15%

润湿分散剂 0.1-2%

防沉剂 1-10%

消泡剂 0.1-2%

水 适量；

组分B为固化剂乳液，其与环氧树脂乳液的质量比为3:10—6:10；

所述的环氧树脂乳液为双酚A型环氧树脂乳液、双酚F型环氧树脂乳液、双酚AD型环氧树脂乳液、双酚S型环氧树脂乳液及它们相应的改性树脂乳液之一，乳液固含量为30-70％；

所述锌粉为球状锌粉、片状锌粉或两者任意比例的混合物，锌粉粒径为400-2000目；

所述的纳米导电碳材料为碳纳米管、石墨烯和富勒烯及其它们的衍生物中的一种或其混合物；

所述的防沉剂为膨润土、蒙脱土、高岭土、凹凸棒粘土之一或混合物；

所述的消泡剂为水性消泡剂；

所述的固化剂乳液为改性胺类乳液固化剂，其固含量为10-80％；

所述的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料的制备方法，按以下步骤进行：

（1）将纳米导电碳材料分散在水中，形成稳定的纳米导电碳材料浆液；

（2）在分散釜中，加入环氧树脂乳液、消泡剂、润湿分散剂和适量水低速搅拌分散均匀，逐量加入锌粉，中高速搅拌分散均匀；再加入防沉剂，继续搅拌分散，最后加入纳米导电碳材料浆液，搅拌分散30-60分钟，得到纳米导电碳材料改性水性环氧富锌涂料组分A；

（3）将B组分固化剂乳液加入A组分中，低速搅拌均匀，然后过筛，制得纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料；

所述步骤（1）中纳米导电碳材料浆液的固含量为0.001-1.0g/ml；

所述的纳米导电碳材料改性的水性环氧富锌涂料的固化温度为15-100℃，固化时间为10分钟-20天。