CN107722790B - 一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆及其制备方法 - Google Patents

一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工防腐涂装领域，具体公开了一种无溶剂环氧‑石墨烯锌粉底漆及其制备方法。所述无溶剂环氧‑石墨烯锌粉底漆包括A组份、B组份和C组份；所述A组份包括下述重量份的成分：液态环氧树脂：80～90份；石墨烯分散树脂液：16～18份；助剂：2～5份；所述B组份包括下述重量份的成分：聚酰胺类固化剂：80～95份；活性稀释剂：6～21份；所述C组份为100份锌粉。本发明利用石墨烯的有效分散加强了锌粉之间的连接，有效提高了耐盐雾效果，盐雾时间可达3500h以上；降低了锌粉的用量，改善了干膜柔韧性，增加了漆膜对底材的附着力，并降低了漆料成本。本发明所提供的产品为无溶剂体系，利于运输和储存，对环境无污染。

Description

一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工防腐涂装领域，具体地说，涉及一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆及其制备方法。
背景技术
环氧富锌底漆是以牺牲锌粉为原理达到防腐目的的特种涂料。该产品锌粉占干膜重量的80％以上，耐腐蚀性强，在重防腐涂层的配套底漆，特别是钢结构及其设备中，得到广泛应用。
传统的环氧富锌底漆含有大量的有机溶剂，对施工人员和环境造成很大伤害。同时，因为锌粉含量高，严重损害漆膜的柔韧性。专利文献CN201110447613.6公开了一种无溶剂型环氧富锌底漆及其制备方法。但是，因为锌粉含量高，需要添加大量的活性稀释剂，导致漆膜整体性能下降。
专利文献201610137270公开了一种环氧树脂-石墨烯-锌粉防腐涂料及其制备方法，专利文献201710153171.1公开了一种石墨烯类防腐涂料的制备方法，通过向体系中加入石墨烯，降低了锌粉的用量。但是，两者均需要加入溶剂，对人员和环境造成伤害。
专利文献201710192674.7公开了一种含有石墨烯/锌粉复合材料的树脂防腐涂料及其制备方法，其方法是先将石墨烯溶液与锌粉简单混合，然后除去溶剂得到石墨烯/锌粉复合材料。但是，复合材料干燥后，翻动材料时石墨烯容易碰撞团聚，制作漆料时达不到有效分散石墨烯的目的。
因此，亟需提供一种锌粉含量低、柔韧性好、防腐性能好、经济环保的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种锌粉含量低、柔韧性好、防腐性能好、经济环保的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆及其制备方法。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明首先提供一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其包括A组份、B组份和C组份。
所述A组份包括下述重量份的成分：
液态环氧树脂：80～90份；
石墨烯分散树脂液：16～18份；
助剂：2～5份；
所述B组份包括下述重量份的成分：
聚酰胺类固化剂：80～95份；
活性稀释剂：6～21份；
所述C组份包括下述重量份的成分：
锌粉：100份。
作为优选，A组份、B组份和C组份之间的重量比为0.95～1.12:1～1.65:1.7～2。
进一步优选，所述无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆由A组份、B组份和C组份组成。
进一步优选，所述A组份仅包括下述重量份的成分：
液态环氧树脂：80～90份；
石墨烯分散树脂液：16～18份；
助剂：2～5份；
所述B组份仅包括下述重量份的成分：
聚酰胺类固化剂：80～95份；
活性稀释剂：6～21份；
所述C组份仅包括下述重量份的成分：
锌粉：100份。
其中，在本发明所述的A组分中：
所述液态环氧树脂的环氧当量为160～190。
作为优选，所述液态环氧树脂为环氧当量为160～180的双酚F型环氧树脂。
所述石墨烯分散树脂液由石墨烯、分散剂和树脂液按重量比1-4:1-4:1000的比例混合而成。
作为优选，所述树脂液为腰果酚改性的低粘度环氧树脂，环氧当量为350～400。所述分散剂优选为BYK-180。
更为优选，所述腰果酚改性的低粘度环氧树脂为卡德莱NC-513和/或Ultra LITE513。
作为优选，所述石墨烯为1～5层的少层石墨烯。
更为优选，所述石墨烯为3～5层，粒径8～10um，粒径均匀。
所述助剂由润湿剂、消泡剂、流平剂以及防流挂助剂按以下重量份组成：润湿剂15-25份，消泡剂10-13份，流平剂45-61份，防流挂助剂为15-25份。
其中，在本发明所述的B组分中：
所述聚酰胺类固化剂为无溶剂低粘度固化剂，优选空气化学的2050和/或2652和/或2741。
所述活性稀释剂优选为NOVARES LS 300和/或NOVARES LS500。
其中，在本发明所述的C组分中：
所述锌粉为800目的球状或片状锌粉，优选为800目球状锌粉。
进一步地，本发明还提供一种前述无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)A组份的制备：
首先将树脂液(腰果酚改性的低粘度环氧树脂)加入到分散机中，加入分散剂，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯；当石墨烯的量加入到一半时，提高分散速度至1000r/min，分散30min，之后再逐步少量加入四分之一的石墨烯，提高分散速度至1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下四分之一的石墨烯，提高分散速度至2500r/min，分散30min后完成，得到石墨烯分散树脂液；
在另一个分散机中倒入液态环氧树脂和助剂，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入其中，分散30min，得到A组份。
(2)B组份的制备：向分散机中加入聚酰胺类固化剂、活性稀释剂，1500r/min分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份。
(3)将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。
本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明的有益效果在于：
综合性能优异：石墨烯的有效分散加强了锌粉之间的连接，有效提高了耐盐雾效果，盐雾时间可达3500h以上。锌粉用量降低，改善了干膜柔韧性，增加了漆膜对底材的附着力。同时，降低了活性稀释剂的用量，提高了漆膜的综合性能。
经济环保：环氧富锌底漆中锌粉含量大于80％。而本发明中降低锌粉用量大约为40％-45％，明显降低了漆料成本。同时，本产品为无溶剂体系，利于运输和储存，对环境无污染。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
A组份的制备：
首先将16Kg的NC-513加入到分散机中，加入0.02Kg分散剂BYK-180，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯0.016Kg。当加入石墨烯的量的一半时，提高分散速度到1000r/min，分散30min，后再逐步少量加入剩余量的一半，提高分散速度到1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下的部分，提高分散速到到2500r/min，分散30min后完成。
将另一个分散机中倒入液态环氧树脂(南亚170)85Kg，助剂(0.6Kg润湿剂Tego520，0.3Kg消泡剂BYK052N，1.5Kg流平剂BYK141，0.6Kg防流挂助剂BYK431)，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入，分散30min，得到A组份。
B组份的制备：向分散机中加入126Kg空气化学2652固化剂、10Kg活性稀释剂LS300，1500r/min，分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份。
C组份的制备：将用200目筛子过滤锌粉，得到180Kg C组份。
将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。测试结果如表1所示。
实施例2
A组份的制备：
首先将18Kg的Ultra LITE 513加入到分散机中，加入0.03Kg的分散剂BYK-180，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯0.072Kg。当加入石墨烯的量的一半时，提高分散速度到1000r/min，分散30min，后再逐步少量加入剩余量的一半，提高分散速度到1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下的部分，提高分散速到到2500r/min，分散30min后完成。
将另一个分散机中倒入液态环氧树脂(南亚170)90Kg，助剂(0.7Kg润湿剂Tego520，0.3Kg消泡剂BYK054N，1.4Kg流平剂BYK141，0.5Kg防流挂助剂BYK430)，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入，分散30min，得到A组份。
B组份的制备：向分散机中加入87Kg空气化学2050，活性稀释剂LS500 21Kg，1500r/min，分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份。
C组份的制备：将用200目筛子过滤锌粉，得到200Kg C组份。
将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。测试结果如表1所示。
实施例3
A组份的制备：
首先将11Kg的Ultra LITE 513和6Kg的NC-513加入到分散机中，加入0.03Kg的分散剂BYK-180，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯0.051Kg。当加入石墨烯的量的一半时，提高分散速度到1000r/min，分散30min，后再逐步少量加入剩余量的一半，提高分散速度到1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下的部分，提高分散速到到2500r/min，分散30min后完成。
将另一个分散机中倒入液态环氧树脂(南亚170)86Kg，助剂(0.6Kg润湿剂Tego500，0.3Kg消泡剂BYK052N，1.5Kg流平剂BYK392，0.6Kg防流挂助剂BYK431)，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入，分散30min，得到A组份。
B组份的制备：向分散机中加入150Kg空气化学2741、活性稀释剂LS300 6Kg，1500r/min，分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份。
C组份的制备：将用200目筛子过滤锌粉，得到183KgC组份。
将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。测试结果如表1所示。
实施例4
A组份的制备：
首先将16Kg的Ultra LITE 513加入到分散机中，加入0.03Kg的分散剂BYK-180，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯0.032Kg。当加入石墨烯的量的一半时，提高分散速度到1000r/min，分散30min，后再逐步少量加入剩余量的一半，提高分散速度到1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下的部分，提高分散速到到2500r/min，分散30min后完成。
将另一个分散机中倒入液态环氧树脂(南亚170)82Kg，助剂(0.5Kg润湿剂Tego520，0.3Kg消泡剂BYK052N，1.5Kg流平剂BYK141，0.7Kg防流挂助剂BYK431)，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入，分散30min，得到A组份。
B组份的制备：向分散机中加入47Kg空气化学2050、84Kg空气化学2741，8Kg活性稀释剂LS300，1500r/min，分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份。
C组份的制备：将用200目筛子过滤锌粉，得到174KgC组份。
将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。测试结果如表1所示。
实施例5
为了提高漆膜的干燥速度，本实施例在实施例2的基础上，在A组份、B组份和C组份混合时，加入促进剂K-54，添加量为2.1Kg，得到一种无溶剂环氧-石墨烯底漆，进行测试。测试结果如表1所示。
实验例1
对实施例1～5进行测试，包括：不挥发物测试标准GB/T1725-2007；附着力测试标准GB/T9286-1998；耐冲击测试标准GB/T1732-1993；耐盐雾测试标准GB/T1771-2007；干燥时间测试标准GB/T1728-1979；膜厚测试标准GB/T13452.2。测试结果见表1。
表1测试实施例1～5底漆的测试结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
干膜膜厚(um) 59 63 61 61 60
不挥发物/W％ 100 100 100 100 100
表干时间(h) 1 1 0.5 0.9 0.6
实干时间(h) 20 24 12 15 18
附着力(MPa) 18 20 17 18 19
冲击(cm) ≥50 ≥50 ≥50 ≥50 ≥50
盐雾时间(h) ≥3500 ≥3500 ≥3500 ≥3500 ≥3500
从表1的测试结果可以看出，本发明的无溶剂石墨烯-锌粉底漆不挥发物含量为100％，是安全环保的。石墨烯的有效分散加强了锌粉之间的连接，有效提高了耐盐雾效果，盐雾结果可达3500h以上。锌粉用量降低，干膜中重量比为40～45％，明显降低了漆料成本。同时，改善了漆膜柔韧性，增加了漆膜对底材的附着力，提高了漆膜的综合性能。
综合表1中对实施例1～5的测试结果，以实施例2的表现最为优异。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于：将石墨烯分散树脂液中石墨烯的含量提高到0.72Kg。
对比例2
对比例与实施例2的区别在于：改变石墨烯的加入方式为，将石墨烯与树脂液分开依次加入混合液中。
A组份的制备：将一个分散机中倒入液态环氧树脂(南亚170)90Kg，助剂，1500r/min，分散30min，再向分散机中加入18Kg的Ultra LITE 513，2500r/min分散30min后再加入0.03Kg的分散剂BYK-180，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯0.072Kg。当加入石墨烯的量的一半时，提高分散速度到1000r/min，分散30min，后再逐步少量加入剩余量的一半，提高分散速度到1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下的部分，提高分散速到到2500r/min，分散30min后完成。
对比例3
对比例与实施例2的区别在于：将树脂液变成其他市售树脂液为环氧当量为150～350的腰果酚改性的低粘度环氧树脂。
实验例2
针对对比例1～3进行测试，包括：不挥发物测试标准GB/T1725-2007；附着力测试标准GB/T9286-1998；耐冲击测试标准GB/T1732-1993；耐盐雾测试标准GB/T1771-2007；干燥时间测试标准GB/T1728-1979；膜厚测试标准GB/T13452.2。测试结果见表2。
表2对比例1～3底漆的测试结果
通过比较表1和表2的数据，可以看出，对比例1增加了石墨烯用量，增加了漆膜的导电能力，使锌粉消耗速度过快，降低了耐盐雾性能。对比例2改变石墨烯的加入方式和对比例3改变树脂液种类，都对石墨烯的分散起到不利影响，影响石墨烯在锌粉之间的连接作用，降低盐雾效果和对底材的附着力。
本发明中石墨烯的用量适当、树脂液选择得当、混合工艺恰当，使得石墨烯在漆膜中均匀分散，有效连接锌粉，提高了锌粉使用率，降低了锌粉用量，改善了漆膜的柔韧性，大大增强了其耐盐雾性能和附着力。同时，本发明为无溶剂体系，对人员和环境没有伤害，是一款环境友好、性能优异的防腐底漆。
应当理解的是，对上述实施例所用试剂或原料的用量进行等比例扩大或者缩小后的技术方案，与上述实施例的实质相同。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，其包括A组份、B组份和C组份；
所述A组份包括下述重量份的成分：
液态环氧树脂：80~90份；
石墨烯分散树脂液：16~18份；
助剂：2~5份；
所述B组份包括下述重量份的成分：
聚酰胺类固化剂：80~95份；
活性稀释剂：6~21份；
所述C组份包括下述重量份的成分：
锌粉：100份；A组份、B组份和C组份之间的重量比为0.95~1.12:1~1.65：1.7~2；所述石墨烯分散树脂液由石墨烯、分散剂和树脂液按重量比1-4:1-4:1000的比例混合而成，所述树脂液为环氧当量为350~400的腰果酚改性的低粘度环氧树脂；所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆的制备方法包括如下步骤：
（1）A组份的制备：
首先将树脂液加入到分散机中，加入分散剂，分散速度为1500r/min，分散30min，将分散速度下降到500r/min，逐步少量加入石墨烯；当石墨烯的量加入到一半时，提高分散速度至1000r/min，分散30min，之后再逐步少量加入四分之一的石墨烯，提高分散速度至1500r/min，分散30min，最后逐步少量加入剩下四分之一的石墨烯，提高分散速度至2500r/min，分散30min后完成，得到石墨烯分散树脂液；
在另一个分散机中倒入液态环氧树脂和助剂，1500r/min，分散30min，提高转速到2500r/min，将石墨烯分散树脂液缓缓加入其中，分散30min，得到A组份；
（2）B组份的制备：向分散机中加入聚酰胺类固化剂、活性稀释剂，1500r/min分散20min，2500r/min再分散10min，得到B组份；
（3）将A组份、B组份和C组份混合均匀后，过150目筛后，即得。
2.根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述液态环氧树脂的环氧当量为160~190。
3.根据权利要求2所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述液态环氧树脂为环氧当量为160~180的双酚F型环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述分散剂为BYK-180。
5. 根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述树脂液为卡德莱NC-513和/或Ultra LITE 513。
6.根据权利要求4所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述石墨烯为1~5层的少层石墨烯。
7.根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述助剂由润湿剂、消泡剂、流平剂以及防流挂助剂按以下重量份组成：润湿剂15-25份，消泡剂10-13份，流平剂45-61份，防流挂助剂为15-25份。
8.根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述聚酰胺类固化剂为无溶剂低粘度固化剂。
9. 根据权利要求8所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述聚酰胺类固化剂为空气化学的2050和/或2652和/或2741；所述活性稀释剂为NOVARES LS 500。
10.根据权利要求1所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述锌粉为800目的球状或片状锌粉。
11.根据权利要求10所述的无溶剂环氧-石墨烯锌粉底漆，其特征在于，所述锌粉为800目球状锌粉。
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