CN107793865A

CN107793865A - 一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN107793865A
Application number: CN201711127011.6A
Authority: CN
Inventors: 谢海
Original assignee: Jiangsu Champion Technology Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Champion Technology Group Co Ltd
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-03-13

Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料及其制备方法，以重量百分比计，该防腐涂料中包含10‑20％的去离子水、5‑10％的石墨烯分散液、30‑40％的阴离子型丙烯酸乳液、5‑13％的颜料、20‑30％的填料、0.1‑0.8％的润湿分散剂、0.1‑0.5％的消泡剂、0.2‑0.5％的pH调节剂、0.3‑0.6％的增稠剂、0.2‑0.5％的SiO₂空心微球、0.1‑0.4％的RS防腐剂和2‑5％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。由于石墨烯、SiO₂空心微球和颜填料间的相互作用和空间效应，改善了传统水性丙烯酸防腐涂料耐水耐候性差和易闪锈的缺点，在兼具柔韧性的基础上又保证了漆膜的硬度，涂料还有优良的贮存和防腐性能。

Description

一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐涂料领域，具体涉及一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料及其制备方法。

背景技术

钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是现代主要的建筑结构类型之一。全球每年的钢材产量超过10亿吨,估计每年因腐蚀报废的钢铁设备约相当于年产量的30％,其中约1/3由于无法回收而永久的损失掉了,所带来的经济损失高达万亿美元。就现在的科学技术存量而言，从钢结构本身着手来解决腐蚀问题很不现实，不锈钢的造价昂贵，价格为同规格普通优质钢材的几倍到十几倍，而且使用寿命有限。其他的耐腐蚀性材料则主要存在强度不够，使用寿命有限，经济性差等一系列问题，采用涂料涂装防止金属腐蚀是应用最广泛、最有效、最经济的手段，而溶剂型涂料中的有机挥发物(VOC)会对大气造成污染。所以,研制使用寿命长、价格低廉、安全无毒、节能环保、施工方便、适用范围广的新型水性钢构防腐涂料十分必要。

水性丙烯酸防腐涂料在拥有耐候性、耐热性、低成本等诸多优点的同时，仍存在一些不容忽视的问题。例如，为使丙烯酸树脂具备水溶性等特点，在其制备过程中必须在丙烯酸树脂分子中引入如羧基、羟基等亲水性基团，然而正是这些基团的引入，导致了涂膜的耐溶剂性、耐水性和耐污性变差，同时涂膜的硬度也随之下降，成本也被提高。另外，为提高丙烯酸树脂的相溶性和乳液溶解性，往往还需要添加一定量的亲水型助剂(如水性分散剂、乳化剂等)，这些助剂在涂膜干燥固化后会一直残留在涂膜中，最终导致涂膜的吸水性变大，这不仅严重影响了涂膜的防腐性能，而且还会对环境造成一定影响。

因此，开发一种环境友好型的改性水性丙烯酸树脂防腐涂料，使其具有高的漆膜的硬度、良好的耐水性和耐候性是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，该防腐涂料以水为分散介质，以石墨烯分散液为改性剂，安全环保、无毒害、对环境污染少、具有优良的耐水性、耐候性、附着力强、施工安全方便、干燥快等特点。

本发明的另一目的在于提供上述石墨烯改性钢结构水性防腐涂料的制备方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，以重量百分比计，该防腐涂料中包含10-20％的去离子水、5-10％的石墨烯分散液、30-40％的阴离子型丙烯酸乳液、5-13％的颜料、20-30％的填料、0.1-0.8％的润湿分散剂、0.1-0.5％的消泡剂、0.2-0.5％的pH调节剂、0.3-0.6％的增稠剂、0.2-0.5％的SiO₂空心微球、0.1-0.4％的RS防腐剂和2-5％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。

所述的石墨烯分散液为XF020单层氧化石墨烯分散液。

所述的颜料为磷酸铝、磷酸锌和氯氧化铁中的至少一种；所述的填料为超细碳酸钙、超细硫酸钡和超细滑石粉中的至少一种。

所述颜料中的氯氧化铁是以六水三氯化铁为原料，将六水三氯化铁研磨至粉末后在260℃煅烧；煅烧后所得产物经清洗后去除未反应的三氯化铁；干燥过夜直至烘干，得到氯氧化铁。所述氯氧化铁的制备过程优选为：将六水三氯化铁研磨成小于30微米的粉末后在260℃煅烧4小时；煅烧后所得产物冷却至室温经丙酮清洗后去除未反应的三氯化铁；氮气保护下80℃干燥过夜直至烘干，得到氯氧化铁。

所述的润湿分散剂为METOTAT388、EDAPLAN490和METOLATP530中的任意一种。

所述的消泡剂为TCB-1；所述的pH调节剂为SILRES-BS168。

所述的增稠剂为纤维素类增稠剂和碱溶胀型增稠剂中的一种。

所述的成膜助剂为JS-PPh(302)。

上述石墨烯改性钢结构水性防腐涂料的制备工艺，包括以下制备步骤：

(1)按照原料配比将适量去离子水、阴离子型丙烯酸乳液和石墨烯分散液加入投料釜内；

(2)将加入到投料釜内的配料进行低速搅拌，待搅拌均匀后，按照原料配比加入润湿分散剂、RS防腐剂、消泡剂、SiO₂空心微球和成膜助剂继续进行低速搅拌，待搅拌均匀后，按照原料配比加入颜料、填料，经高速搅拌分散40～60min，形成均匀浆液；

(3)将均匀浆液吸入砂磨机，砂磨至细度≤30微米；

(4)将研磨合格的浆液加入到调漆罐中，在低速搅拌下，加入剩余去离子水和pH调节剂，待pH调至8-9后加入增稠剂调整粘度到规定粘度，制得石墨烯改性钢结构水性防腐涂料。

作为一种优选技术方案，步骤(2)和(4)中所述低速搅拌的搅拌速度为500r/min；步骤(2)中所述高速搅拌的搅拌速度为1200r/min。

本发明所述石墨烯改性钢结构水性防腐涂料配方中的原料除特别说明外，均可以通过市场购买获得。所述的室温为25±5℃。

本发明的有益效果：

石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，其特殊的片层状结构，对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对金属材料的防腐蚀功能。石墨烯还具有很好的热稳定性和化学稳定性，在600℃高温条件下和腐蚀性的环境中均能保持相对稳定，保证了涂料在极端环境下的仍具有较好的防护作用，其本身具有的亲油疏水性，也可以增强涂层在潮湿环境中的抗腐蚀性能。

物理和化学性质都比较稳定的SiO₂空心微球分散在涂层中能起到屏蔽作用，其优越的亲水性、补强性、增稠性提高了涂层的机械性能。SiO₂空心微球独特的空间结构，使其具有更低的密度、更好的分散性、更低的导热系数使涂层具有良好的耐热性，稳定空心球结构可阻挡和减缓腐蚀介质的渗入，提高防腐年限。

颜料组分中的氯氧化铁(FeOCl)具有准二维结构，层与层之间依靠范德华力链接，便于小分子的颜填料组分分散，FeOCl中的Fe³⁺与其他防锈组分相互作用大大降低了闪锈现象的发生。

采用本技术制得的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料由于石墨烯、SiO₂空心微球和颜填料的相互作用和空间效应，改善了传统水性丙烯酸防腐涂料耐水耐候性差和易闪锈的缺点，在兼具柔韧性的基础上又保证了漆膜的硬度，还有优良的贮存和防腐性能。

具体实施方式

实施例1石墨烯改性钢结构水性防腐涂料

原料：石墨烯分散液：XF020单层氧化石墨烯分散液；阴离子型丙烯酸乳液；颜料：氯氧化铁，自制；填料：超细碳酸钙；润湿分散剂：METOTAT388；消泡剂：TCB-1；pH调节剂：SILRES-BS168；增稠剂：纤维素类增稠剂；SiO₂空心微球；RS防腐剂；成膜助剂：JS-PPh(302)。所述的氯氧化铁是以六水三氯化铁为原料，将六水三氯化铁研磨成小于30微米的粉末后在260℃煅烧4小时；煅烧后所得产物冷却至室温经丙酮清洗后去除未反应的三氯化铁；氮气保护下80℃干燥过夜直至烘干，得到氯氧化铁。

以上原料如无说明，均可通过市场购买获得。

以重量百分比计，该防腐涂料中包含20％的去离子水、10％的石墨烯分散液、30％的阴离子型丙烯酸乳液、7％的颜料、30％的填料、0.1％的润湿分散剂、0.1％的消泡剂、0.2％的pH调节剂、0.3％的增稠剂、0.2％的SiO₂空心微球、0.1％的RS防腐剂和2％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。

制备方法：按照原料配比将适量去离子水、阴离子型丙烯酸乳液和石墨烯分散液加入投料釜内；

将加入到投料釜内的配料进行500r/min的低速搅拌，待搅拌均匀后，按照原料配比加入润湿分散剂、RS防腐剂、消泡剂、SiO₂空心微球和成膜助剂继续进行低速搅拌，待搅拌均匀后，按照原料配比加入颜料、填料，经1200r/min的高速搅拌分散50min，形成均匀浆液；

将均匀浆液吸入砂磨机，砂磨至细度小于30微米；

将研磨合格的浆液加入到调漆罐中，在500r/min的低速搅拌下，加入剩余去离子水和pH调节剂，待pH调至8-9后加入增稠剂调整粘度到规定粘度，制得石墨烯改性钢结构水性防腐涂料。

实施例2石墨烯改性钢结构水性防腐涂料

原料：同实施例1

以重量百分比计，该防腐涂料中包含15％的去离子水、10％的石墨烯分散液、38％的阴离子型丙烯酸乳液、5％的颜料、28％的填料、0.2％的润湿分散剂、0.2％的消泡剂、0.3％的pH调节剂、0.6％的增稠剂、0.3％的SiO₂空心微球、0.2％的RS防腐剂和2.2％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。

制备方法同实施例1。

实施例3石墨烯改性钢结构水性防腐涂料

原料：同实施例1

以重量百分比计，该防腐涂料中包含10％的去离子水7％的石墨烯分散液、40％的阴离子型丙烯酸乳液、10％的颜料、25％的填料、0.7％的润湿分散剂、0.5％的消泡剂、0.5％的pH调节剂、0.5％的增稠剂、0.5％的SiO₂空心微球、0.3％的RS防腐剂和5％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。

制备方法同实施例1。

实施例1-3制备的水性石墨烯改性防腐涂料性能检测结果见表1。

表1实施例1-3制备的水性石墨烯改性防腐涂料性能检测结果

以上实施例仅描述了本发明基本原理和主要特征，并不限制本发明的专利范围，本行业或相关领域的技术人员，在不改变主要原理和特征的情况下做出的等同替换获得的技术方案，应用在本领域或相关领域，均属于本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，以重量百分比计，该防腐涂料中包含10-20％的去离子水、5-10％的石墨烯分散液、30-40％的阴离子型丙烯酸乳液、5-13％的颜料、20-30％的填料、0.1-0.8％的润湿分散剂、0.1-0.5％的消泡剂、0.2-0.5％的pH调节剂、0.3-0.6％的增稠剂、0.2-0.5％的SiO₂空心微球、0.1-0.4％的RS防腐剂和2-5％的成膜助剂；该石墨烯改性钢结构水性防腐涂料中各组分重量百分含量之和为100％。

2.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的石墨烯分散液为XF020单层氧化石墨烯分散液。

3.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的颜料为磷酸铝、磷酸锌和氯氧化铁中的至少一种；所述的填料为超细碳酸钙、超细硫酸钡和超细滑石粉中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的氯氧化铁是以六水三氯化铁为原料，将六水三氯化铁研磨至粉末后在260℃煅烧；煅烧后所得产物用丙酮清洗后去除未反应的三氯化铁；干燥过夜直至烘干，得到氯氧化铁。

5.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的润湿分散剂为METOTAT388、EDAPLAN490和METOLATP530中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的消泡剂为TCB-1；所述的pH调节剂为SILRES-BS168。

7.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的增稠剂为纤维素类增稠剂和碱溶胀型增稠剂中的一种。

8.根据权利要求1所述的石墨烯改性钢结构水性防腐涂料，其特征在于，所述的成膜助剂为JS-PPh(302)。

9.如权利要求1-8中任一所述石墨烯改性钢结构水性防腐涂料的制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

(3)将均匀浆液吸入砂磨机，砂磨至细度≤30微米；

10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于，步骤(2)和(4)中所述低速搅拌的搅拌速度为500r/min；步骤(2)中所述高速搅拌的搅拌速度为1200r/min。