CN105733325A - 一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法 - Google Patents

一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，提供一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，该涂料在金属锌含量较低时，其防护周期就能超越高锌含量无机硅酸锌车间底漆，节约了金属锌资源的消耗，降低切割和焊接时有害锌雾的产生，同时具有良好的贮存稳定性、施工性能和高速切割及焊接性能，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份。

Description

一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法。
背景技术
无机硅酸锌车间底漆是一种钢材预处理底漆，干燥速度快、防腐蚀性能优良，能满足流水线快速切割和焊接工艺，因而被广泛应用于船舶、钢结构等制造行业钢材的临时防护和保养，无机硅酸锌车间底漆是目前用量最大的车间底漆品种。根据钢材或构件所处环境的要求，以及无机硅酸锌车间底漆中金属锌含量的不同，其15～20微米涂层防护周期一般为3～12个月，涂层金属锌含量高时，涂层防护周期延长，但切割和焊接时有毒锌雾烟尘增加，污染环境，损害操作人员的身体健康；涂层金属锌含量较低时保护时间缩短，切割和焊接时有毒锌雾烟尘也相应减少。目前要达到6个月左右的保护期限，其涂层中金属锌含量通常为40%～50%。
为降低无机硅酸锌车间底漆中锌粉用量，减小切割和焊接时有毒锌雾烟尘产生，以及适应流水线快速切割焊接工艺，国内外进行了大量的研究工作，如在其中添加磷铁粉、滑石粉、硅微粉、云母粉、碳酸钙、磷酸锌等填料，但随着金属锌用量的降低，其防腐性能不可避免的受到影响，涂层中金属锌含量低于30%时，钢材在3个月的防护周期内仍存在较严重锈蚀的风险。中国专利申请号201510394525.2公开了一种绿色环保的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，由基础浆料和固化剂按照质量比2～3：l组成；所述的基础浆料的各组分质量份数分别为：锌粉45～50份、磷铁粉25～30份、钛白粉8.0～10份、气相二氧化硅5～8份、沉淀二氧化硅2～3份、无水乙醇12～15份、去离子水5～10份、异丙醇5～10份、无机填料2～8份、聚羟基羧酸酰胺1.2～2.0份、聚二甲基硅氧烷消泡剂1.2～2.0份、苯并三唑缓蚀剂1.2～2.0份；所述的固化剂的各组分重量份数分别为：正硅酸乙酯40～45份、无水乙醇50～60份、硅树脂15～20份、浓度为9.5％～10.5％的稀氨水3～5份。该底漆不含无机溶剂，较为环保，但锌含量较高，同样无法解决上述问题。
研究证明石墨烯因具有优良的导电和屏蔽性能可以作为增强材料应用于无机硅酸锌车间底漆，以降低锌粉用量，提高防腐蚀性能。目前，国内石墨烯应用于无机硅酸锌车间底漆的研究少有文献报道，也无产品规模化生产和应用。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆及其制备方法，该涂料在金属锌含量较低时，其防护周期就能超越高锌含量无机硅酸锌车间底漆，节约了金属锌资源的消耗，降低切割和焊接时有害锌雾的产生，同时具有良好的贮存稳定性、施工性能和高速切割及焊接性能。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份。
进一步的改进是：所述辅助成膜树脂为乙基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛。
进一步的改进是：所述防沉剂为有机膨润土、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的任意一种或两种以上以任意比混合的组合物。
进一步的改进是：所述石墨烯片层直径为5～20微米，层数≤10层，氧含量小于15%。
进一步的改进是：所述分散剂为一种或两种以上以任意比混合的含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物，其作用是分散和稳定涂料中的石墨烯。
进一步的改进是：所述填料为滑石粉、硅微粉、石英粉或磷铁粉中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物，其作用是提高涂层的致密性和屏蔽作用。
进一步的改进是：所述催化剂为盐酸。
进一步的改进是：所述组分二中硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为15～25%。
一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆的准备方法，包括对组分一和组分二的制备，所述组分一的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；（2）按顺序将溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入辅助成膜树脂，溶解完全后搅拌下加入石墨烯，高速分散均匀；（3）把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得石墨烯分散体；（4）把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；（5）对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120～150目；所述组分二的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份；（2）将硅酸乙酯、溶剂加入反应釜中，搅拌均匀，加热至40～50℃；（3）将去离子水、催化剂混合物缓慢滴加到反应釜中控制温度保温得到组分二。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆是一种低锌含量车间底漆，其金属锌含量为20%～30%时防护周期可达到6个月，防护性能与40%～50%金属锌含量车间底漆相当，本发明在提高无机硅酸锌车间底漆防腐涂料性能的同时，降低了金属锌的用量，节约了金属锌资源的消耗和浪费，降低了切割和焊接时有害锌雾烟尘对环境的污染和操作人员健康的危害。另外，本发明通过选择适合片径、氧含量的石墨烯粉体以及分散剂的选择复配和分散工艺，解决了石墨烯的分散和在涂料中的稳定问题，使石墨烯在该产品中能充分可靠地发挥作用，在1年的贮存期内产品性能保持稳定。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：乙基纤维素0.1份、溶剂20份、含胺基的高分子嵌段共聚物0.1份、滑石粉20份、锌粉20份、机膨润土1份、石墨烯0.1份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯30份、盐酸0.01份、去离子水3份、溶剂45份，所述石墨烯片层直径为8微米，层数8层，氧含量为10%；硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为15%。
其准备方法，包括对组分一和组分二的制备，所述组分一的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：乙基纤维素0.1份、溶剂20份、含胺基的高分子嵌段共聚物0.1份、滑石粉20份、锌粉20份、机膨润土1份、石墨烯0.1份；（2）按顺序将溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入辅助成膜树脂，溶解完全后搅拌下加入石墨烯，高速分散均匀；（3）把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得石墨烯分散体；（4）把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；（5）对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述组分二的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：硅酸乙酯30份、盐酸0.01份、去离子水3份、溶剂45份；（2）将硅酸乙酯、溶剂加入反应釜中，搅拌均匀，加热至40℃；（3）将去离子水、催化剂混合物缓慢滴加到反应釜中控制温度保温得到组分二。
实施例二
一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：聚乙烯醇缩丁醛2份、溶剂30份、含羧基的高分子嵌段共聚物1份、硅微粉50份、锌粉30份、聚酰胺蜡2份、石墨烯1份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯50份、盐酸0.1份、去离子水5份、溶剂65份；所述石墨烯片层直径为20微米，层数10层，氧含量为13%；所述组分二中硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为15～25%。
其准备方法，包括对组分一和组分二的制备，所述组分一的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：聚乙烯醇缩丁醛2份、溶剂30份、含羧基的高分子嵌段共聚物1份、硅微粉50份、锌粉30份、聚酰胺蜡2份、石墨烯1份；（2）按顺序将溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入辅助成膜树脂，溶解完全后搅拌下加入石墨烯，高速分散均匀；（3）把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得石墨烯分散体；（4）把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；（5）对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为150目；所述组分二的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：硅酸乙酯50份、盐酸0.1份、去离子水5份、溶剂65份；（2）将硅酸乙酯、溶剂加入反应釜中，搅拌均匀，加热至50℃；（3）将去离子水、催化剂混合物缓慢滴加到反应釜中控制温度保温得到组分二。
实施例三
一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：聚乙烯醇缩丁醛1份、溶剂25份、含胺基的高分子嵌段共聚物0.5份、磷铁粉35份、锌粉25份、气相二氧化硅1.5份、石墨烯0.5份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯40份、盐酸0.05份、去离子水4份、溶剂55份；所述石墨烯片层直径为15微米，层数8层，氧含量13%；所述组分二中硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为20%。
其准备方法，包括对组分一和组分二的制备，所述组分一的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：聚乙烯醇缩丁醛1份、溶剂25份、含胺基的高分子嵌段共聚物0.5份、磷铁粉35份、锌粉25份、气相二氧化硅1.5份、石墨烯0.5份；（2）按顺序将溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入辅助成膜树脂，溶解完全后搅拌下加入石墨烯，高速分散均匀；（3）把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得石墨烯分散体；将石墨烯分体制备成石墨烯分散体后，在后续涂料加工制造时使用方便，且贮存过程中石墨烯能够均匀分散和长期稳定；所述石墨烯细度≤20微米，粘度≤120秒（涂-4粘度计），用分散体制备涂膜，其表面电阻为107～109Ω，分散体的贮存稳定性为一年；（4）把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在400r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；（5）对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120目；所述组分二的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：硅酸乙酯40份、盐酸0.05份、去离子水4份、溶剂55份；（2）将硅酸乙酯、溶剂加入反应釜中，搅拌均匀，加热至45℃；（3）将去离子水、催化剂混合物缓慢滴加到反应釜中控制温度保温得到组分二。
其中，本发明的组分一和组分二各原料物质在以下参数范围内均可实现本发明的目的：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份；所述辅助成膜树脂为乙基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛；所述防沉剂为有机膨润土、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的任意一种或两种以上以任意比混合的组合物；所述石墨烯片层直径为5～20微米，层数≤10层，氧含量小于15%；所述分散剂为一种或两种以上以任意比混合的含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物；所述填料为滑石粉、硅微粉、石英粉或磷铁粉中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物；所述组分二中硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为15～25%。在以上物质的选择范围内均可实现本发明的目的。
在应用时，将本发明的组分一与组分二混合均匀，涂覆在钢材或者构件上即可。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于，由独立分开的组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述辅助成膜树脂为乙基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛。
3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述防沉剂为有机膨润土、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡、气相二氧化硅、氢化蓖麻油中的任意一种或两种以上以任意比混合的组合物。
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述石墨烯片层直径为5～20微米，层数≤10层，氧含量小于15%。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述分散剂为一种或两种以上以任意比混合的含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述填料为滑石粉、硅微粉、石英粉或磷铁粉中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述催化剂为盐酸。
8.根据权利要求1所述的基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆，其特征在于：所述组分二中硅酸乙酯水解后的二氧化硅含量为15～25%。
9.一种基于石墨烯改性的无机硅酸锌车间底漆的准备方法，其特征在于：包括对组分一和组分二的制备，所述组分一的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：辅助成膜树脂0.1～2份、溶剂20～30份、分散剂0.1～1份、填料20～50份、锌粉20～30份、防沉剂1～2份、石墨烯0.1～1份；（2）按顺序将溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入辅助成膜树脂，溶解完全后搅拌下加入石墨烯，高速分散均匀；（3）把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，获得石墨烯分散体；（4）把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟即可；（5）对产品进行检测，检测合格后过滤、包装，过滤筛网目数为120～150目；所述组分二的准备方法为：（1）按各原料的重量份数准备物料：硅酸乙酯30～50份、催化剂0.01～0.1份、去离子水3～5份、溶剂45～65份；（2）将硅酸乙酯、溶剂加入反应釜中，搅拌均匀，加热至40～50℃；（3）将去离子水、催化剂混合物缓慢滴加到反应釜中控制温度保温得到组分二。
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