CN105585930A - 一种钢紧固件用石墨烯涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢紧固件用石墨烯涂料及其制备方法，按质量份数计，本发明的涂料包括以下组份：脲醛树脂20～50份，三聚氰胺-甲醛树脂1～10份，石墨烯0.1～5份，铝银浆5～30份，锌粉5～30份，填料2～20份，助剂1～8份，溶剂10～70份。本发明的涂料可涂覆于钢紧固件表面，经加热固化后所形成的涂层同时具有厚度薄、硬度高、耐磨损、附着力好、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异的特点，能够有效延缓钢紧固件的腐蚀，延长其使用寿命。

Description

一种钢紧固件用石墨烯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料及其制备方法，具体涉及一种钢紧固件用石墨烯涂料及其制备方法。

背景技术

航空航天、海洋船舶、交通运输、道路桥梁、石油化工、建筑等领域应用广泛的钢紧固件，是现代工业社会不可或缺的材料。然而，在使用过程中的钢紧固件易受高温、高湿、盐雾、酸雨、紫外线等因素影响而发生各种腐蚀：如电化学腐蚀、应力腐蚀、电偶腐蚀等。腐蚀的结果使紧固作用失效，存在潜在的安全隐患，诱发重大机械事故；同时，腐蚀也会造成紧固件难以拆卸，增加维护、维修的作业时间和人力成本。目前，针对钢紧固件的防腐主要有以下几种传统方法：电镀锌、电镀铬、电镀镉、热浸镀锌、达克罗处理、涂装特氟龙涂料。但这些方法都存在一定的不足，电镀锌、电镀铬及电镀镉容易产生氢脆，环境污染严重，防腐效果一般；热浸镀锌在施工过程中易脱落，出现锁死现象；达克罗涂层硬度低、易划伤，在装配过程中极易造成破损，失去防护作用，且达克罗处理液中的六价铬具有致癌作用，对人体和环境危害巨大；特氟龙涂料成本高、附着力一般，且厚度较高，难以满足紧固件的装配尺寸精度要求。CN103342957A号中国专利公开了一种含氟聚合物紧固件防腐涂层及其制备方法，其中披露的涂层以聚酰胺酰亚胺的N-甲基吡咯烷酮溶液为粘结底漆、含氟聚合物酚醛环氧树脂漆为面漆，提供的涂层虽然厚度高达20～30μm，但耐盐雾的时间仅为150～210h。因此，需要一种涂层厚度薄、防腐效果好且不含有毒重金属(如铅、铬、镉等)的钢紧固件涂料。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是目前已知的最薄、最坚硬的纳米材料，自面世以来即受到广泛研究。石墨烯材料具有“小尺寸效应”，据此可填充到聚合物基体的微孔和缺陷中，使涂层致密性大大提高；此外，二维片状结构的石墨烯薄膜通过层层交织和叠加，产生“迷宫效应”，这无疑延长了腐蚀介质穿透基材的路径，增加了腐蚀介质穿透基材的难度，从而产生一种物理隔绝和屏蔽作用。石墨烯的这些特性在防腐涂层领域获得应用；CN102604533A号中国专利公开了一种基于聚苯胺与石墨烯复合材料的防腐涂料及其制备方法，其中提供的涂料由成膜物质、聚苯胺与石墨烯复合材料、颜料、填料、防流挂剂、分散剂、流平剂、消泡剂、溶剂构成，该专利公开涂料中的石墨烯由于径厚比高，柔韧性好，因而可提供了优良的物理防腐作用，而负载在石墨烯表面的聚苯胺又可以提供电化学防腐作用，二者的协同作用机制使得该涂料具有优良的金属腐蚀防护性能；CN103173095A号中国专利公开了以石墨烯、锌粉、填料、环氧树脂、溶剂为主要原料的富锌环氧防腐涂料，由于石墨烯的加入降低了漆膜厚度，减少了锌粉用量。

上述是关于紧固件防腐涂层和石墨烯防腐涂料及其制备方法的技术，但是将石墨烯用于钢紧固件涂料的报道未有公开。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种厚度薄、硬度高、耐磨损、附着力好、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异的钢紧固件用石墨烯涂料及其制备方法。

实现本发明目的技术方案如下：

一种钢紧固件用石墨烯涂料，涂料包括按质量份计的以下组份：脲醛树脂，20～50份；三聚氰胺-甲醛树脂，1～10份；石墨烯，0.1～5份；铝银浆，5～30份；锌粉，5～30份；填料，2～20份；助剂，1～8份；溶剂，10～70份。

进一步的，石墨烯的比表面积为50～2500m²/g，层数为1～50层；铝银浆为鳞片状非浮型铝银浆，细度为1～30μm；锌粉为鳞片状，粒径为1～30μm。

进一步的，填料为从磷酸锌、钼酸锌、钨酸锌、钒酸铋、三聚磷酸铝、二硫化钼和聚四氟乙烯微粉中选出的三种组份的组合物。

进一步的，助剂包括润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂、流平剂和定向剂。

进一步的，溶剂为甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯、环己烷、正己烷、正辛烷、丙酮、2-丁酮、环己酮、4-甲基-2-戊酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯、醋酸叔丁酯、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇中两种或多种的组合。

进一步的，一种钢紧固件用石墨烯涂料的制备方法，所述方法包括下述步骤：

(1)将铝银浆和锌粉加入到总配方量二分之一的溶剂中，搅拌混合后，静置1～12h，得到金属粉浆；

(2)将石墨烯、填料、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂、剩余溶剂加入到分散机中，在1000～1500rpm转速下分散25～30min，然后转移至研磨机中，研磨至细度小于15μm，得到树脂浆料；

(3)将所述步骤(2)中树脂浆料转移至分散机中，在500～800rpm转速下加入所述步骤(1)中的金属粉浆，然后再加入铝粉定向剂和流平剂，继续搅拌分散0.5～1h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。

和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明的涂料不含铅、铬、镉等有毒重金属，安全环保；涂覆于钢紧固件表面后形成的涂层厚度薄，润滑性能良好，满足紧固件的尺寸精度要求；同时涂层具有硬度高、耐磨损、附着力好的特点，使其在反复的装配-拆卸过程中不易破损，为基材提供持续性的保护；石墨烯的加入显著提高了涂层的耐腐蚀性，在低厚度条件下仍具有较长的耐盐雾时间，有效延缓了钢紧固件的腐蚀，延长其使用寿命，保障联接设备的可靠性使用和安全运行。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以权利要求保护的范围为准。

实施例1

脲醛树脂，28份；三聚氰胺-甲醛树脂，2份；石墨烯，0.2份；铝银浆，8份；锌粉，6份；填料，5份；助剂，2份；溶剂，20份。

(1)将8份铝银浆和6份锌粉加入到10份溶剂中，搅拌混合后，静置6h，得到金属粉浆；

(2)将0.2份石墨烯、0.4份磷酸锌、2份钨酸锌、2.5份钒酸铋、0.1份二硫化钼、28份脲醛树脂、2份三聚氰胺-甲醛树脂、0.5份润湿分散剂、0.1份基材润湿剂、0.1份消泡剂、10份溶剂加入到分散机中，在1000rpm转速下分散30min，然后转移至研磨机中，研磨至细度为7μm，得到树脂浆料；

(3)将步骤(2)中的树脂浆料转移至分散机中，在800rpm转速下加入步骤(1)中的金属粉浆，然后再加入1.2份铝粉定向剂和0.1份流平剂，继续搅拌分散0.5h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。

实施例2

脲醛树脂，21份；三聚氰胺-甲醛树脂，9份；石墨烯，1.5份；铝银浆，6份；锌粉，9份；填料，8份；助剂，3份；溶剂，30份。

(1)将6份铝银浆和9份锌粉加入到15份溶剂中，搅拌混合后，静置4h，得到金属粉浆；

(2)将1.5份石墨烯、5份钼酸锌、2.5份三聚磷酸铝、0.5份聚四氟乙烯微粉、21份脲醛树脂、9份三聚氰胺-甲醛树脂、1.5份润湿分散剂、0.2份基材润湿剂、0.2份消泡剂、15份溶剂加入到分散机中，在1200rpm转速下分散30min，然后转移至研磨机中，研磨至细度为10μm，得到树脂浆料；

(3)将步骤(2)树脂浆料转移至分散机中，在600rpm转速下加入步骤(1)的金属粉浆，然后再加入0.9份铝粉定向剂和0.2份流平剂，继续搅拌分散1h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。

实施例3

脲醛树脂，36份；三聚氰胺-甲醛树脂，4份；石墨烯，4份；铝银浆，24份；锌粉，8份；填料，16份；助剂，6份；溶剂，64份。

(1)将24份铝银浆和8份锌粉加入到32份溶剂中，搅拌混合后，静置8h，得到金属粉浆；

(2)将4份石墨烯、2份磷酸锌、3份三聚磷酸铝、10份钨酸锌、1份二硫化钼、36份脲醛树脂、4份三聚氰胺-甲醛树脂、2.5份润湿分散剂、0.4份基材润湿剂、0.3份消泡剂、32份溶剂加入到分散机中，在1200rpm转速下分散30min，然后转移至研磨机中，研磨至细度为13μm，得到树脂浆料；

(3)将步骤(2)中的树脂浆料转移至分散机中，在600rpm转速下加入步骤(1)中的金属粉浆，然后再加入2.5份铝粉定向剂和0.3份流平剂，继续搅拌分散0.5h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。

实施例4

脲醛树脂，48份；三聚氰胺-甲醛树脂，8份；石墨烯，2份；铝银浆，12份；锌粉，18份；填料，20份；助剂，8份；溶剂，60份。

(1)将12份铝银浆和18份锌粉加入到30份溶剂中，搅拌混合后，静置12h，得到金属粉浆；

(2)将2份石墨烯、1份磷酸锌、16份钼酸锌、2.5份钒酸铋、0.2份二硫化钼、0.3份聚四氟乙烯微粉、48份脲醛树脂、8份三聚氰胺-甲醛树脂、4份润湿分散剂、0.4份基材润湿剂、0.2份消泡剂、30份溶剂加入到分散机中，在1500rpm转速下分散25min，然后转移至研磨机中，研磨至细度为9μm，得到树脂浆料；

(3)将步骤(2)中的树脂浆料转移至分散机中，在500rpm转速下加入步骤(1)中的金属粉浆，然后再加入3份铝粉定向剂和0.4份流平剂，继续搅拌分散1h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。

将上述实施例1～4制备的涂料喷涂分别固化成膜后，所形成的涂膜性能如表1。

表1：性能测试结果

表1的数据说明经本发明方法制备的钢紧固件用石墨烯涂料具备硬度高、涂层厚度薄、润滑性能好、耐磨损、附着力及耐腐蚀性好的效果，可有效延长钢紧固件的寿命，保障联接设备的可靠性使用和安全运行。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述涂料包括按质量份计的以下组份：脲醛树脂，20～50份；三聚氰胺-甲醛树脂，1～10份；石墨烯，0.1～5份；铝银浆，5～30份；锌粉，5～30份；填料，2～20份；助剂，1～8份；溶剂，10～70份。

2.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述石墨烯的比表面积为50～2500m²/g，层数为1～50层。

3.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述铝银浆为鳞片状非浮型铝银浆，细度为1～30μm。

4.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述锌粉为鳞片状，粒径为1～30μm。

5.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述填料为从磷酸锌、钼酸锌、钨酸锌、钒酸铋、三聚磷酸铝、二硫化钼和聚四氟乙烯微粉中选出的三种组份的组合物。

6.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述助剂包括润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂、流平剂和定向剂。

7.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料，其特征在于，所述溶剂为从甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、乙苯、环己烷、正己烷、正辛烷、丙酮、2-丁酮、环己酮、4-甲基-2-戊酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯、醋酸叔丁酯、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇和正辛醇组成的一组溶剂中选出的两种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的一种钢紧固件用石墨烯涂料的制备方法，所述方法包括下述步骤：

(1)将铝银浆和锌粉加入到总配方量二分之一的溶剂中，搅拌混合后，静置1～12h，得到金属粉浆；

(2)将石墨烯、填料、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂、剩余溶剂加入到分散机中，在1000～1500rpm转速下分散25～30min，然后转移至研磨机中，研磨至细度小于15μm，得到树脂浆料；

(3)将所述步骤(2)中树脂浆料转移至分散机中，在500～800rpm转速下加入所述步骤(1)中的金属粉浆，然后再加入铝粉定向剂和流平剂，继续搅拌0.5～1h，经过滤后，得到钢紧固件用石墨烯涂料。