CN105440939A - 一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料、其制备和使用方法 - Google Patents

一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料、其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于表面处理技术，涉及一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料。本发明的一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，其特征在于，它由成膜物、石墨烯分散液和填料混合而成，成膜物占混合物重量的50％，石墨烯分散液占混合物重量的20％～40％，余量为填料。本发明的制备步骤是：制备石墨烯分散液；配料；研磨。本发明的使用的步骤是：基底预处理；涂覆；固化。本发明提出了一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料配方、其制备方法和使用方法，该涂料可以克服原有耐热涂料耐水性和耐腐蚀性不足的问题。

Description

一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料、其制备和使用方法
技术领域
本发明属于表面处理技术，涉及一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料。
背景技术
金属在高温下的氧化失效是工业领域面临的一种严峻挑战，向基体金属表面施加保护性涂层是一种较为经济且有效的保护手段，可以大幅减弱氧气和高温对基体的破坏。由于使用温度较高，常用的耐热涂料大多以硅酸盐水玻璃为粘结剂，通过添加体系稳定剂使其成膜，起到抗氧化保护涂覆表面的作用，但硅酸盐体系孔隙率较高，存在着耐水性差的致命弱点，对于潮湿环境以及高腐蚀环境无法应用。同样作为环保水性体系的有机硅树脂乳液和醇酸树脂乳液的研究近年来发展迅速，尤其在环保耐高温保护领域，主要原因在于其成膜过程与硅酸盐体系不同，可以在涂层中形成高度交联的结构，对于水和氧气等介质的阻隔能力远远强于硅酸盐涂层，但涂层的耐温性和抗氧化性相比之下依然有待提高。
发明内容
本发明的目的是：提出一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的配方、其制备方法和使用方法，以便克服现有耐热涂料耐水性和耐腐蚀性不足的问题。
本发明的技术方案是：一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，其特征在于：它由成膜物、石墨烯分散液和填料混合而成，成膜物占混合物重量的50％，石墨烯分散液占混合物重量的20％～40％，余量为填料；成膜物为改性有机硅树脂乳液、改性醇酸树脂乳液中的一种物质或二者的混合物；石墨烯分散液为氧化石墨烯和水的混合物，氧化石墨烯与水的重量比为1～5:1000，其中，氧化石墨烯为10层以下结构；填料是轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和耐热填料的混合物，三者的重量比为1:1:1～5，其中，耐热填料为堇青石、硅微粉、云母粉、石英砂或氧化铝中的一种物质或几种物质的混合物。如上面所述的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、制备石墨烯分散液：按比例分别称取氧化石墨烯和水，混合后在100W～150W功率下超声波分散30min～60min，得到石墨烯分散液；
2、配料：按比例分别称取成膜物、石墨烯分散液和填料；
3、研磨：向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工或搅拌机高速搅拌至少1min，然后放入砂磨机研磨，直至细度低于40μm后出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料。
如上面所述石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的使用方法，其特征在于，使用的步骤如下：
1、基底预处理：用砂纸将待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
2、涂覆：向基底表面刷涂或使用喷枪喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为0.01mm～1mm；
3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置30min～1h即可。
本发明的优点是：提出了一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的配方、其制备方法和使用方法，克服了现有耐热涂料耐水性和耐腐蚀性不足的问题。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，其特征在于：它由成膜物、石墨烯分散液和填料混合而成，成膜物占混合物重量的50％，石墨烯分散液占混合物重量的20％～40％，余量为填料；成膜物为改性有机硅树脂乳液、改性醇酸树脂乳液中的一种物质或二者的混合物；石墨烯分散液为氧化石墨烯和水的混合物，氧化石墨烯与水的重量比为1～5:1000，其中，氧化石墨烯为10层以下结构；填料是轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和耐热填料的混合物，三者的重量比为1:1:1～5，其中，耐热填料为堇青石、硅微粉、云母粉、石英砂或氧化铝中的一种物质或几种物质的混合物。
如上面所述的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
1、制备石墨烯分散液：按比例分别称取氧化石墨烯和水，混合后在100W～150W功率下超声波分散30min～60min，得到石墨烯分散液；
2、配料：按比例分别称取成膜物、石墨烯分散液和填料；
3、研磨：向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工或搅拌机高速搅拌至少1min，然后放入砂磨机研磨，直至细度低于40μm后出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料。
如上面所述石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的使用方法，其特征在于，使用的步骤如下：
1、基底预处理：用砂纸将待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
2、涂覆：向基底表面刷涂或使用喷枪喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为0.01mm～1mm；
3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置30min～1h即可。
本发明的工作原理是：将在水介质中溶解分散均匀的氧化石墨烯添加到涂料体系中，通过研磨实现了在涂料中的优异分散，涂覆成膜后，利用石墨烯的片层结构和导热耐热能力，提高了涂层的耐温性、抗氧化性和耐腐蚀性。
实施例1
1、制备石墨烯分散液：分别称量1g氧化石墨烯和1000g水，混合后在100W功率下超声波分散30min，得到石墨烯分散液。
2、配料：分别称取改性甲基有机硅乳液500g、石墨烯分散液200g、轻质碳酸钙100g、沉淀硫酸钡100g、堇青石30g、云母粉30g、石英砂40g；
3、研磨：向改性甲基有机硅乳液中加入石墨烯分散液、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、堇青石、云母粉和石英砂，手工搅拌5min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料；
使用的步骤如下：
1、基板预处理：喷涂前用砂纸将待喷涂钢材表面打磨粗糙，之后用丙酮清洗待喷涂表面并晾干；
2、涂覆：使用喷枪在预处理的基板表面喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为0.1mm；
3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置30min，涂层即可固化使用。
制备的涂覆有石墨烯增强水基水性抗氧化耐热涂料的钢材具有优异的耐高温性能，经测试，试样经800℃空气环境保温100h后涂层完好，试样增重率低于1％，并且耐温后可耐水浸泡30d以上不腐蚀。
实施例2
1、制备石墨烯分散液：分别称量5g氧化石墨烯和1000g水，混合后在150W功率下超声波分散60min，得到石墨烯分散液。
2、配料：分别称取改性甲基有机硅乳液400g、改性中油度醇酸树脂乳液100g、石墨烯分散液300g、轻质碳酸钙40g、沉淀硫酸钡40g、硅微粉20g、云母粉30g、石英砂40g、氧化铝30g；
3、研磨：将改性甲基有机硅乳液、改性中油度醇酸树脂乳液、石墨烯分散液、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、硅微粉、云母粉、石英砂和氧化铝混合，手工搅拌1min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料；
使用的步骤如下：
1、基板预处理：喷涂前用砂纸将待喷涂钢材表面打磨粗糙，之后用丙酮清洗待喷涂表面并晾干；
2、涂覆：使用喷枪在预处理的基板表面喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为1mm；
3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置1h，涂层即可固化使用。
制备的涂覆有石墨烯增强水基水性抗氧化耐热涂料的钢材具有优异的耐高温性能，经测试，试样经1000℃空气环境保温72h后涂层完好，试样增重率低于5％，并且耐温后可耐水浸泡30d以上不腐蚀。
实施例3
1、制备石墨烯分散液：分别称量2g氧化石墨烯和1000g水，混合后在100W功率下超声波分散60min，得到石墨烯分散液。
2、配料：分别称取改性长油度醇酸树脂乳液500g、石墨烯分散液400g、轻质碳酸钙14.2g、沉淀硫酸钡14.2g、堇青石30g、硅微粉30g、石英砂11.6g；
3、研磨：向改性长油度醇酸树脂乳液中加入石墨烯分散液、轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡、堇青石、硅微粉和石英砂，手工搅拌2min，然后放入砂磨机研磨至细度达到40μm出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料；
使用的步骤如下：
1、基板预处理：喷涂前用砂纸将待喷涂钢材表面打磨粗糙，之后用丙酮清洗待喷涂表面并晾干；
2、涂覆：使用喷枪在预处理的基板表面喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为0.5mm；
3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置1h，涂层即可固化使用。
制备的涂覆有石墨烯增强水基水性抗氧化耐热涂料的钢材具有优异的耐高温性能，经测试，试样经800℃空气环境保温200h后涂层完好，试样增重率低于2％，并且耐温后可耐中性盐雾腐蚀400h以上涂层完好不腐蚀。

Claims (3)

1.一种石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，其特征在于：它由成膜物、石墨烯分散液和填料混合而成，成膜物占混合物重量的50％，石墨烯分散液占混合物重量的20％～40％，余量为填料；成膜物为改性有机硅树脂乳液、改性醇酸树脂乳液中的一种物质或二者的混合物；石墨烯分散液为氧化石墨烯和水的混合物，氧化石墨烯与水的重量比为1～5:1000，其中，氧化石墨烯为10层以下结构；填料是轻质碳酸钙、沉淀硫酸钡和耐热填料的混合物，三者的重量比为1:1:1～5，其中，耐热填料为堇青石、硅微粉、云母粉、石英砂或氧化铝中的一种物质或几种物质的混合物。
2.如权利要求1所述的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：
2.1、制备石墨烯分散液：按比例分别称取氧化石墨烯和水，混合后在100W～150W功率下超声波分散30min～60min，得到石墨烯分散液；
2.2、配料：按比例分别称取成膜物、石墨烯分散液和填料；
2.3、研磨：向成膜物中加入石墨烯分散液和填料，手工或搅拌机高速搅拌至少1min，然后放入砂磨机研磨，直至细度低于40μm后出料，得到石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料。
3.如权利要求1所述石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料的使用方法，其特征在于，使用的步骤如下：
3.1、基底预处理：用砂纸将待涂覆基底表面打磨粗糙，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
3.2、涂覆：向基底表面刷涂或使用喷枪喷涂石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料，涂覆厚度为0.01mm～1mm；
3.3、固化：将涂覆的石墨烯增强水性抗氧化耐热涂料涂层在200℃的烘箱中放置30min～1h即可。
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