CN106752763A - 纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料及其制备方法，涉及粉末涂料生产技术领域。本发明的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料由如下质量份的组分组成：氧化石墨烯预分散浆1‑10份、环氧树脂30‑70份、聚酯树脂20‑70份、填料5‑12份、白炭黑3‑8份、高温固化剂3‑10份、增塑剂2‑3份、流平剂0.1‑1份、热和光稳定剂0.1‑1份、颜料0‑4份。本发明制得的涂料不含毒性，不含溶剂和挥发有毒物质，符合环保要求，并且原料利用率高，工艺简单，成本低，适合大规模生产。本发明制得的涂料喷涂后形成一层致密的涂层，不仅保持了环氧树脂的优良性能，同时具备更好的耐腐蚀性、抗渗透性、力学性能、耐磨性。

Description

纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术，尤其涉及一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料及其制备方法。

背景技术

目前，每年全世界约有30％的钢铁锈蚀，10％的钢铁变成无用的铁锈，每年因腐蚀造成的经济损失高达7000亿美元。金属腐蚀不仅给人类带来经济上的损失，而且不利于自然资源和环境的保护，有时甚至危及人身安全。为了防止和减缓腐蚀，在生产实践和科学实验中开发了许多防腐蚀方法。其中以涂料保护最为方便、经济，因而获得了广泛的应用。

中国专利CN102604533A公开了一种基于聚苯胺与石墨烯复合材料的防腐涂料及制备方法。该发明的防腐涂料，可以实现金属基材的钝化和缓蚀，同时避免了可以导致环境污染的锌等重金属的使用，而且制备简单、成本低、易于工业化批量生产。但CN102604533A所述的防腐涂料中，通过复杂的石墨烯的添加方法改善石墨烯的分散效果具有局限性。

中国专利CN103265881A公开了一种包含聚芳基有机硅树脂的耐高温防腐涂料，稀释剂为丁醇或二甲苯。制成的防腐涂料可以耐受温度达到400～500℃，同时具有良好的防腐效果。但是改进方法涉及到大量的二甲苯作为溶剂，对环境的污染和涂装施工人的安全等有很大的危害。

中国专利CN104109450A公开了一种石墨烯防腐粉末涂料，制得粉末涂料具有优异的防腐性能。但是由于石墨烯在聚合物中分散效果不理想，反而会影响漆膜的性能。此外石墨烯具有导电性能，会影响粉末涂料静电涂装的性能。

本发明是利用氧化石墨烯表面的大量基团具有良好的分散效果，通过使用分散剂与环氧树脂制备预分散浆的方式，提高了氧化石墨烯在环氧树脂型粉末涂料中的分散效果。最终制得了工艺简单、优异的抗介质渗透性和力学性能的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料。此外我们选用环氧树脂型粉末涂料，并没有溶剂，节省大量资源；消除了施工时火灾危险性；降低了对大气污染；同时也改善了作业环境条件。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服现有氧化石墨烯涂料的一些缺点和不足提供一种具有工艺简单，抗介质渗透性和力学性能优异，减少环境污染及其对人类健康的潜在威胁的环氧树脂型粉末涂料，同时利用氧化石墨烯大幅提高防腐性能。

解决本发明技术问题的技术方案为：一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于，由如下质量份数的组分组成：氧化石墨烯预分散浆1-10份、环氧树脂30-70份、聚酯树脂20-70份、填料3-12份、白炭黑3-8份、高温固化剂3-10份、增塑剂2-3份、流平剂0.1-1份、热和光稳定剂0.1-1份和颜料0-4份；

其中所述氧化石墨烯为氨基改性氧化石墨烯，其粒径为500～20000目。

优选的，所述纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，由如下质量份数的组分组成：氧化石墨烯预分散浆1-10份、环氧树脂30-50份、聚酯树脂20-40份、填料5-12份、白炭黑3-8份、高温固化剂3-10份、增塑剂2-3份、流平剂0.1-1份、热和光稳定剂0.1-1份和颜料0-4份。

优选的，所述氧化石墨烯预分散浆由10～30份氧化石墨烯、10～30份分散剂和40～80份环氧树脂经研磨得到；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、BYK-9076、DISPERBYK-130、EFKA-4310、Dispersogen 2774中的一种或者几种组合。

优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂和二聚酸改性环氧树脂中的一种或者几种组合；所述聚酯树脂为端羧基饱和聚酯树脂。

优选的，所述填料为沉淀硫酸钡、轻体碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉和石英粉中的一种或者几种组合。

优选的，所述白炭黑为沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶中的一种或者几种组合。

优选的，所述高温固化剂为乙二醇双偏苯三酸酐酯、双氰胺和四甲氧基次甲基甘脲中的一种或者几种组合。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三苯酯和葵二酸二辛酯中的一种或者几种组合。

优选的，所述的流平剂为聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸-2-乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯中的一种或多种组合；所述的热和光稳定剂为光稳定剂Tinuvin144、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物。在本发明的一个优选例中，使用了德国巴斯夫集团的IRGANOX B900作为高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物。

优选的，所述的颜料为铁红、铁黑、云母氧化铁、镉红、镉黄、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿和群青中的一种或多种组合。

本发明的第二目的是为了克服现有氧化石墨烯涂料的一些缺点和不足，提供一种具有工艺简单，抗介质渗透性和力学性能优异，减少环境污染及其对人类健康的潜在威胁的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的制备方法。

解决本发明技术问题的技术方案为：一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的制备方法：

1)氧化石墨烯预处理：将10～30份氧化石墨烯、10～30份分散剂和40～60份环氧树脂，使用高速分散机研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆；

2)将计量份的氧化石墨烯预分散浆、环氧树脂、聚酯树脂、填料、白炭黑、高温固化剂、增塑剂、流平剂、热和光稳定剂和颜料加入双螺杆挤出机共混挤出；

3)最后，进行压片，磨料，分离制得成品。

本发明提供的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，利用了氧化石墨烯表面的大量基团具有良好的分散效果，通过使用分散剂与环氧树脂制备预分散浆的方式，从而提高氧化石墨烯在环氧树脂型粉末涂料中的分散效果。本发明的涂料为无溶剂型涂料，降低了对大气污染；改善了作业环境条件。本发明的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料具有无毒、施工方便，工艺简单，漆膜机械强度高、附着力强、防腐性能优异。该涂料在火车、汽车、船舶、桥梁、管道、集装箱、贮罐等设施中钢铁材料的大气中防腐蚀方面有很好的适用性。

附图说明

图1为盐雾试验为普通环氧树脂型粉末涂料的2000h盐雾试验结果图；

图2为本发明的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的2000h盐雾试验结果图。图1和图2对比可以看到，普通环氧树脂型粉末涂料出现了严重的腐蚀现象，而纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料漆膜未出现腐蚀现象。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面为具体实施例部分。

实施例1

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将10份氧化石墨烯、30份聚乙烯吡咯烷酮和60份双酚A型环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆10份、双酚A型环氧树脂30份、聚酯树脂40份、沉淀硫酸钡5份、气相二氧化硅3份、乙二醇双偏苯三酸酐酯5份、邻苯二甲酸二丁酯3份、聚丙烯酸丁酯1份、光稳定剂Tinuvin144 1份、铁黑1份和铁红1份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例2

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将20份氧化石墨烯、20份DISPERBYK-130和60份双酚A型环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆1份、双酚F型环氧树脂50份、聚酯树脂30份、轻体碳酸钙1份、滑石粉2份、沉淀二氧化硅5份、双氰胺8份、葵二酸二辛酯2份、聚丙烯酸月桂酯0.5份和高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例3

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将30份氧化石墨烯、20份BYK-9076和50份双酚F型环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆5份、双酚F型环氧树脂30份、聚酯树脂30份、云母粉2份、高岭土8份、超细二氧化硅凝胶8份、四甲氧基次甲基甘脲10份、邻苯二甲酸二丁酯3份、聚丙烯酸-2-乙基己酯1份、光稳定剂Tinuvin144 1份、炭黑0.5份和群青0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例4

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将10份氧化石墨烯、10份Dispersogen 2774和80份二聚酸改性的环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆10份、二聚酸改性的环氧树脂30份、聚酯树脂40份、石英粉4份、高岭土1份、超细二氧化硅凝胶3份、乙二醇双偏苯三酸酐酯5份、磷酸三苯酯3份、聚丙烯酸月桂酯0.5份、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物0.5份、云母氧化铁2份和镉红1份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例5

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将30份氧化石墨烯、30份EFKA-4310和40份丙烯酸改性环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆5份、丙烯酸改性环氧树脂50份、聚酯树脂20份、沉淀硫酸钡5份、云母粉3份、气相二氧化硅3份、乙二醇双偏苯三酸酐酯10份、邻苯二甲酸二丁酯2份、聚丙烯酸-2-乙基己酯0.8份、光稳定剂Tinuvin144 0.2份、铁红0.5份和铁黑0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例6

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将20份氧化石墨烯、10份EFKA-4310和70份丙烯酸改性环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆2份、二聚酸改性的环氧树脂30份、聚酯树脂40份、滑石粉5份、气相二氧化硅5份、四甲氧基次甲基甘脲5份、葵二酸二辛酯3份、聚丙烯酸丁酯0.8份、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物0.2份、酞菁绿0.5份和酞菁蓝0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例7

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将10份氧化石墨烯、30份Dispersogen 2774和60份二聚酸改性的环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆10份、双酚F型环氧树脂30份、聚酯树脂40份、云母粉5份、超细二氧化硅凝胶4份、乙二醇双偏苯三酸酐酯5份、磷酸三苯酯3份、聚丙烯酸月桂酯1份、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物0.5份、铁黑1份和云母氧化铁0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

实施例8

一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，首先将15份氧化石墨烯、10份辛基酚聚氧乙烯醚和75份环氧树脂，使用高速分散剂研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆。下面按重量比例，将氧化石墨烯预分散浆10份、环氧树脂30份、聚酯树脂40份、轻体碳酸钙5份、云母粉2份、气相二氧化硅1份、超细二氧化硅凝胶份2、双氰胺5份、邻苯二甲酸二丁酯3份、聚丙烯酸-2-乙基己酯1份、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物0.5份和炭黑0.5份加入双螺杆挤出机共混挤出。最后，进行压片，磨料，分离制得成品。测纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的中控指标，合格后包装。

按上述配方制备的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料性能列于表1。

表1 纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料性能

Claims (10)

1.一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于，由如下质量份数的组分组成：氧化石墨烯预分散浆1-10份、环氧树脂30-70份、聚酯树脂20-70份、填料3-12份、白炭黑3-8份、高温固化剂3-10份、增塑剂2-3份、流平剂0.1-1份、热和光稳定剂0.1-1份和颜料0-4份；

其中所述氧化石墨烯为氨基改性氧化石墨烯，其粒径为500～20000目。

2.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述氧化石墨烯预分散浆由10～30份氧化石墨烯、10～30份分散剂和40～80份环氧树脂经研磨得到；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、BYK-9076、DISPERBYK-130、EFKA-4310、Dispersogen 2774中的一种或者几种组合。

3.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂和二聚酸改性环氧树脂中的一种或者几种组合；所述聚酯树脂为端羧基饱和聚酯树脂。

4.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述填料为沉淀硫酸钡、轻体碳酸钙、滑石粉、高岭土、云母粉和石英粉中的一种或者几种组合。

5.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述白炭黑为沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶中的一种或者几种组合。

6.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述高温固化剂为乙二醇双偏苯三酸酐酯、双氰胺和四甲氧基次甲基甘脲中的一种或者几种组合。

7.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三苯酯和葵二酸二辛酯中的一种或者几种组合。

8.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述的流平剂为聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸-2-乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯中的一种或多种组合；所述的热和光稳定剂为光稳定剂Tinuvin144、高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物。

9.根据权利要求1 所述的一种纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料，其特征在于：所述的颜料为铁红、铁黑、云母氧化铁、镉红、镉黄、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿和群青中的一种或多种组合。

10.根据权利要求1 ~9任一项所述的纳米氧化石墨烯改性环氧树脂型粉末涂料的制备方法，其特征在于按下列顺序和步骤进行：

1)氧化石墨烯预处理：将10～30份氧化石墨烯、10～30份分散剂和40～60份环氧树脂，使用高速分散机研磨至细度达到35微米以下，得到氧化石墨烯预分散浆；

2)将计量份的氧化石墨烯预分散浆、环氧树脂、聚酯树脂、填料、白炭黑、高温固化剂、增塑剂、流平剂、热和光稳定剂和颜料加入双螺杆挤出机共混挤出；

3)最后，进行压片，磨料，分离制得成品。