CN105176326B - 一种石墨烯填料的光固化补口涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属防腐涂料，具体涉及一种石墨烯填料的光固化管道补口涂料及其制备方法。光固化管道补口涂料由低聚物、活性稀释剂(单体)、光引发剂、分散剂和石墨烯组成，其中石墨烯均匀分散到光固化补口涂料中，其中石墨烯占总复合涂料的质量百分比为0.5%~5%。本发明提供的光固化补口涂料，具有固化速度快、生产效率高、无挥发性溶剂、安全无污染、能耗低、韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高、防腐性能优异等优点，可用于管道现场施工时的补口补伤以及油气运输管道防腐等方面。

Description

一种石墨烯填料的光固化补口涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属防腐涂料，具体涉及一种石墨烯填料的光固化管道补口涂料及其制备方法。

技术背景

随着油气长输管道防腐技术的广泛应用，管线焊缝和破损处补口的失效问题逐渐暴露出来，特别是部分管线长期在水中浸泡，水体管线补口的失效问题尤为严重；根据国外一些资料统计，长输管道防腐层大多采用环氧底漆热收缩带的补口形式，近几年部分管道抽样检测时，发现大量底漆或金属基材与热收缩套粘接不牢、补口的应力破坏和热收缩套补口密封性较差等现象，这些问题的主要源于补口材料内部的分子在持续应力的作用下发生分子链段的滑移、断裂、重排、定向等引起塑性流动导致的补口材料的形变和缺陷；补口材料与金属、底漆和粘接带的粘接界面处分子间氢键及次价键等吸附作用在应力和侵蚀性介质的渗透作用下破坏引起的剥离；环境中的水、离子等腐蚀介质对补口材料的渗透等，使得防腐层补口已成为管道建设质量控制中最薄弱的环节，从而引起水体管线腐蚀穿孔等事故发生；随着各种新型防腐蚀涂层的发展，带动了补口形式和补口工艺的发展，但一般认为，补口技术仍是整个防腐技术的重点和难点，管道涂层的补口技术问题愈来愈受到人们的重视。因此研究强度高，防腐性能好的补口涂料有重要意义。

光固化涂料又称光敏涂料，是以紫外光为涂料固化能源，主要由低聚物、活性稀释剂(单体)、光引发剂，同时加入一些添加剂，如热稳定剂，制备色漆时加入颜料和填料；光固化涂料，因其具有涂装效率高、环境友好型等特征，已在涂料行业得到广泛应用，与溶剂型涂料相比，光固化涂料具有固化速度快、无挥发性溶剂、节约能源、费用低、可自动化生产等特点，其缺点是自由基型光固化涂料固化过程受氧气阻抑，表面固化不良。

石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的二维晶体材料，具有略微波浪状的层式结构，被认为是组成石墨、碳纳米管、富勒烯等同素异形体的基本组成单元；石墨烯的强度高达130 GPa，是迄今发现的力学性能最好的材料之一，石墨烯单层理论电阻率约10^-6，是目前电阻率最小的材料，并且和石墨一样，具有优异的耐化学品性；所以石墨烯可以作为抵抗点载荷冲击的涂层或是延缓金属材料腐蚀速率涂层的一种填料，用于管道现场施工时的补口补伤以及油气运输管道防腐等方面。

发明内容

本发明的目的是：提供一种石墨烯填料的光固化补口涂料，具有固化速度快、生产效率高、无挥发性溶剂、安全无污染、能耗低、韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高、防腐性能优异等优点，同时严格控制石墨烯的用量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯填料的光固化补口涂料，由低聚物、活性稀释剂(单体)、光引发剂、分散剂和石墨烯组成，其中石墨烯均匀分散到光固化补口涂料中。

具体地，组分按质量百分比计算，为：

低聚物40%~50%。

活性稀释剂（单体）35%~45%。

光引发剂5%~10%。

分散剂0~2%。

石墨烯0.5%~5%。

具体地，所述低聚物为环氧丙烯酸树脂(EA)、聚氨酯丙烯酸树酯(PUA)、聚酯丙烯酸树酯(PEA)、聚醚丙烯酸树酯、丙烯酸化丙烯酸树酯、氨基丙烯酸树酯和碱溶性光成像树酯中的一种。

具体地，所述活性稀释剂（单体）为单官能团活性稀释剂、双官能团活性稀释剂和多官能团活性稀释剂中的一种。

作为优选，所述单官能团活性稀释剂选用(甲基)丙烯酸酯单体。

作为优选，所述双官能团活性稀释剂选用二丙烯酸-1,6-己二醇酯（HDDA）、二缩丙二醇双丙烯酸酯（DPGDA）、二缩丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)。

作为优选，所述多官能团活性稀释剂选用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），乙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯(TMP(EO)TMA)、丙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯(TMP(PO)TMA)、丙氧基化丙三醇三丙烯酸酯(PO3-GTA)。

具体地，所述光引发剂采用酰基膦氧化物、二苯甲酮类、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐、异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种。

作为优选，所述酰基磷氧化物为苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的一种。

作为优选，所述二苯甲酮类为2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4正辛氧基二苯甲酮中的一种。

具体地，所述分散剂为硅烷偶联剂或铝钛复合偶联剂。

具体地，所述石墨烯为石墨烯微片粉末，所述石墨烯微片粉末的厚度1-10nm，平均直径为5-10um。

具体实施方式

一种是石墨烯填料的光固化补口涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨烯溶解于溶剂中，配成石墨烯占溶液总质量的0.5%-5%的悬浮液，采用频率为15-20KHz的超声波细胞破碎仪超声分散，得到石墨烯悬浮液。

（2）将步骤（1）得到的溶液边搅拌边加入低聚物、活性稀释剂和分散剂，而后采用频率为30-40KHz的超声波细胞清洗仪处理30-60分钟。

（3）将步骤（2）中制备的溶液，一边磁力搅拌一边加入光引发剂，充分搅拌直至溶剂全部挥发完，得到石墨烯填料的光固化补口涂料。

对上述技术方案进一步改进：所述的溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或者几种的混合物。

管道补口中，一般较多地采用手工刮涂的方法，石墨烯填料的光固化补口涂料其施工工艺步骤为: 焊口检查→喷砂除锈→表面检查→缠胶带纸→打磨搭接→配料涂敷→特种光照→外观检查→涂层检漏→涂层测厚→缺陷修补→涂层检查→硬度测试→下沟复测→涂层修补→检查合格。

将上述实施例1 至实施例4以及对比例1至对比例4提供的金属涂料按照GB9286-1998、GB/T 10125--2012和GB/T9755-2001进行测试：

从实施例和对比例可以看出，石墨烯的加入可以大幅提升了涂层的防腐蚀性能和抗磨损性能，且与其他补口涂层相比，所需固化时间短，基本无需候干；有较为方便的施工工艺, 受气候影响因素小，不受现场施工条件影响。

Claims (10)

1.一种石墨烯填料的光固化补口涂料，所述光固化补口涂料是由低聚物、活性稀释剂、光引发剂、分散剂和石墨烯组成，其中石墨烯均匀分散到光固化补口涂料中，其特征在于组分按质量百分比计算为：

低聚物40％～50％；

活性稀释剂35％～45％；

光引发剂5％～10％；

分散剂0～2％；

石墨烯0.5％～5％。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述低聚物为环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树酯、聚酯丙烯酸树酯、聚醚丙烯酸树酯、氨基丙烯酸树酯和碱溶性光成像树酯中的一种。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述活性稀释剂为单官能团活性稀释剂、双官能团活性稀释剂和多官能团活性稀释剂中的一种。

4.如权利要求3所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述单官能团活性稀释剂选用(甲基)丙烯酸酯单体；所述双官能团活性稀释剂选用二丙烯酸-1,6-己二醇酯、二缩丙二醇双丙烯酸酯、二缩丙二醇双丙烯酸酯；所述多官能团活性稀释剂选用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，乙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化三羟基甲基丙烷三醇三丙烯酸酯、丙氧基化丙三醇三丙烯酸酯。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述光引发剂采用酰基膦氧化物、二苯甲酮类、二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、烷基碘鎓盐、异丙苯茂铁六氟磷酸盐中的一种。

6.如权利要求5所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述酰基磷氧化物为苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦中的一种；所述二苯甲酮类为2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4正辛氧基二苯甲酮中的一种。

7.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述分散剂为硅烷偶联剂或铝钛复合偶联剂。

8.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料，其特征在于：所述石墨烯为石墨烯微片粉末，所述石墨烯微片粉末的厚度1-10nm，平均直径为5-10um。

9.如权利要求1所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)将石墨烯溶解于溶剂中，配成石墨烯占溶液总质量的0.5％-5％的悬浮液，采用频率为15-20KHz的超声波细胞破碎仪超声分散，得到石墨烯悬浮液；

(2)将步骤(1)得到的溶液边搅拌边加入低聚物、活性稀释剂和分散剂，而后采用频率为30-40KHz的超声波细胞清洗仪处理30-60分钟；

(3)将步骤(2)中制备的溶液，一边磁力搅拌一边加入光引发剂，充分搅拌直至溶剂全部挥发完，得到石墨烯填料的光固化补口涂料。

10.如权利要求9所述的一种石墨烯填料的光固化补口涂料的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或者几种的混合物。