CN107916047A - 石墨烯防腐涂料以及制备方法 - Google Patents

石墨烯防腐涂料以及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种石墨烯防腐涂料，其包括由以下重量份原料制备而成：环氧树脂20~60、固化剂5.0~60、石墨烯0.05~5.0、防锈填料10～70、溶剂5.0～30、助剂1.0～10。其中，石墨烯的片径为5～30um，厚度小于20纳米、层数少于10层、比表面积为30～200m2/g。本发明提供的石墨烯防腐涂料耐防腐、耐高温高湿、耐酸雨、耐盐雾。本发明还提供一种石墨烯防腐涂料的制备方法。

Description

石墨烯防腐涂料以及制备方法
技术领域
本发明涉及表面处理领域，尤其涉及一种石墨烯防腐涂料以及制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，我国钢结构行业呈现持续和快速的增长势头，钢结构产量从2002年的850万吨增长到2009年的2294万吨，年均复合增长率达到15.24%。据相关数据估计，2010年，钢结构产量达到2600万吨。2011年，钢结构产量约为2900万吨。我国钢结构行业正处于迅猛发展时期。大型体育场馆、剧院、机场、火车站、石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁、工业厂房、海上平台等都有大面积使用钢结构材料。但是钢材的耐腐蚀性差，必须采取防护措施，防止钢材腐蚀生锈，才能确保钢结构在设计使用期内的安全。户外钢结构使用环境恶劣，普通防腐涂料很难满足耐高温高湿、耐酸雨、耐盐雾的要求。
发明内容
本技术方案实施例的目的在于提供一种耐防腐、耐高温高湿、耐酸雨、耐盐雾的石墨烯防腐涂料以及制备方法。
本发明提供一种石墨烯防腐涂料，其包括由以下重量份的原料制备而成：
环氧树脂 20 ~ 60重量份；
固化剂 5 .0~60重量份；
石墨烯 0.05 ~ 5.0重量份；
防锈填料10～70；
溶剂5.0～30；
助剂1.0～10。
其中 ，石墨烯的片径为5～30um，厚度小于20纳米、层数少于10层、比表面积为30～200m2/g；
所述防锈填料包括磷酸锌、锌粉、纳米SiO2、云母氧化铁灰、云母粉、滑石粉、磷铁粉、沉淀硫酸钡其中的一种或一种以上；
所述固化剂包括聚氨酰胺、脂环胺脂肪多元胺二乙烯三安、三乙烯四胺、芳香胺、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯二甲酸酐中的一种或一种以上；
所述溶剂为二甲苯、S-150、环己酮、异氟尔酮、甲基异丁基酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、正丁醇的一种或一种以上；
所述助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、有机膨润土、偶联剂中的一种或一种以上。
优选的，所述防腐填料包括由以下重量份的原料制备而成：磷酸锌 5.0 ~ 30重量份；锌粉10 ~ 80重量份；磷铁粉 10 ~ 50重量份；云母粉3.0～20重量份；
纳米SiO20.1～1.0重量份。
优选的，包括以下重量份的原料制备而成：环氧树脂 22 ~50重量份；固化剂14~50重量份；
石墨烯 1 ~ 4重量份；防锈填料10～40重量份；溶剂5.0～20重量份；助剂3～8重量份。
优选的，所述固化剂包括聚酰胺和芳香胺类固化剂。
优选的，所述溶剂为二甲苯、甲基异丁基酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇的一种或一种以上。
优选的，所述助剂包括分散剂BYK110、BYK161、BYK104S、亨缌克H-1400、消泡剂亨缌克H220、德谦5500、德谦5600、BYK054、BYK065流平剂EFKA3777、EFKA3600、BYK354防沉剂DeuRheo202、DeuRheo556S、6900-20X、有机膨润土BENGEL®828、BENGEL®27、BENGEL®988、偶联剂KH550、KH560中的一种或一种以上。
优选的，所述磷酸锌为500～2000目，锌粉为500～2000目球形锌粉、滑石粉为500～2000目、沉淀硫酸钡为500～2000目、云母氧化铁灰为300～800目。
本发明还提供一种石墨烯防腐涂料的制备，其依次包括以下步骤：
提供石墨烯浆料；
将环氧树脂、溶剂、助剂、分散剂加入分散缸低速搅拌均匀；
将防锈填料加入分散缸高速分散均匀再用砂磨机箱细度研磨至30um以下；
加入消泡剂、防沉剂、有机膨润土，高速分散均匀制得涂料A组分；
将固化剂作为B组分。
优选的，所述防锈填料包括锌粉、云母粉、磷酸锌、纳米SiO2、石墨烯浆料一种或一种以上。
优选的，所述石墨烯浆料的制备包括以下步骤：
将纯度达97-99%鳞片石墨氧化插层，再经过500-700℃膨胀得到膨胀石墨蠕虫；
然后再将膨胀石墨与溶剂、分散剂混合分散均匀，在经过液相超声剥离得到初步剥离的石墨烯浆料；
将经过超声处理的石墨烯浆料用纳米砂磨机进一步剥离与研磨，得到片径5～30um，厚度小于20纳米的少层石墨烯浆料；
将经过纳米砂磨机精细研磨的石墨烯浆料离心浓缩。
本发明石墨烯防腐涂料中石墨烯的小尺寸使得石墨烯可以填充到涂料的微孔洞和缺陷中，在一定程度上阻止和延缓了小分子腐蚀介质浸入金属基体，增强了涂层的物理隔绝作用，增强了涂层的防腐性能。而当腐蚀介质进入涂层后能通过石墨烯将电子快速传到给锌粉，与锌粉反应形成致密的氧化锌保护层，进一步隔绝基材与腐蚀介质的接触完成修复。石墨烯呈片状结构，是极其薄的片层结构，它可以在涂层中层层叠加，形成致密的物理隔绝层，小分子的腐蚀介质很难通过这层致密的隔绝成，所以掺加了石墨烯的防腐涂料有极强的物理隔绝作用。目前石墨烯不仅是最坚硬的材料，同时还是防腐涂料领域已知的最薄的一种，一根头发丝的直径约是10万层石墨烯叠加起来的厚度。将它涂在金属表面，可以保护金属不受腐蚀。将石墨稀添加在涂料中，可以替换掉一大部分锌粉，同时还使涂料对底材的附着力增强，及减少了金属锌粉对环境的污染，又增强涂层物理机械性能同时降低涂料成本。
附图说明
为了更清楚地说明本技术方案的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的石墨烯防腐涂料所用石墨烯电镜图片。
图2是本发明实施例所做的石墨烯防腐涂料电镜图片。
具体实施方式
下面将结合本技术方案实施例中的附图，对本技术方案实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术方案一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种石墨烯防腐涂料包括以下重量份原料：环氧树脂 20 ~ 60重量份、固化剂 5 .0~60重量份、石墨烯 0.05 ~ 5.0重量份、防锈填料10～70重量份、溶剂5.0～30重量份、助剂1.0～10重量份。
所述环氧树脂包括E-51、E-51、E-44、E-20、DER331、DER671、CYD011中的一种或一种以上。优选的环氧树脂为E-44、DER671。
所述固化剂包括聚氨酰胺650、590、8115、脂环胺1618、TDC-850、HK-3931、脂肪多元胺二乙烯三安、三乙烯四胺、芳香胺T-31、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯二甲酸酐中的一种或一种以上。优选的固化剂为聚酰胺和芳香胺类固化剂。
所述石墨烯为深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司制造，牌号为JIG-S122。优选的石墨烯片径为5～20um，厚度小于20纳米、层数少于10层、比表面积为30～200m2/g。
所述防锈填料磷酸锌为磷酸锌、锌粉、纳米SiO2、云母氧化铁灰、云母粉、滑石粉、磷铁粉、沉淀硫酸钡其中的一种或一种以上。优选的磷酸锌为500～2000目，锌粉为500～2000目球形锌粉、滑石粉为500～2000目、沉淀硫酸钡为500～2000目、云母氧化铁灰为300～800目。
所述溶剂为二甲苯、S-150、环己酮、异氟尔酮、甲基异丁基酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、正丁醇一种或一种以上，。
所述助剂包括分散剂BYK110、BYK161、BYK104S、亨缌克H-1400、消泡剂亨缌克H220、德谦5500、德谦5600、BYK054、BYK065流平剂EFKA3777、EFKA3600、BYK354防沉剂DeuRheo202、DeuRheo556S、6900-20X、有机膨润土BENGEL®828、BENGEL®27、BENGEL®988、偶联剂KH550、KH560中的一种或一种以上。
优选的，所述石墨烯防腐涂料包括以下重量份原料：环氧树脂 20 ~ 60重量份；固化剂 5 .0~60重量份；石墨烯 0.05 ~ 5.0重量份；磷酸锌 5.0 ~ 30重量份；锌粉10 ~ 80重量份；磷铁粉 0 ~ 50重量份；云母粉3.0～20重量份；纳米SiO20.1～1.0重量份；膨润土0.5～5.0重量份；滑石粉0～30重量份；溶剂5.0～30重量份；助剂1.0～10重量份。
实施例1：一种石墨烯防腐涂料，所用的原料如下：
所述石墨烯自修复防腐底漆包括以下重量份原料：E44环氧树脂6份、E20环氧树脂16份、650聚氨酰胺固化剂14份、石墨烯0.5份、800目磷酸锌5份、500目锌粉30份、、1000目云母粉3.7份、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯4份、正丁醇8份、环己酮6份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份。其中石墨烯片径5～30um，石墨烯层数少于10层，石墨烯比表面积30～200m2/g。
涂料制备工艺流程：提供石墨烯浆料。其中，石墨烯浆料制备；将纯度达97-99%鳞片石墨氧化插层，再经过500-700℃膨胀得到膨胀石墨蠕虫，然后再将膨胀石墨与溶剂、分散剂混合分散均匀，在经过液相超声剥离得到初步剥离的石墨烯浆料，将经过超声处理的石墨烯浆料用纳米砂磨机进一步剥离与研磨，得到片径5～30um，厚度小于20纳米的少层石墨烯浆料。将经过纳米砂磨机精细研磨的石墨烯浆料离心浓缩，制备成石墨烯浆料。
将环氧树脂、二甲苯、环己酮、正丁醇、分散剂加入分散缸低速搅拌均匀。
将锌粉、云母粉、磷酸锌、纳米SiO2、石墨烯浆料加入分散缸高速分散均匀再用砂磨机箱细度研磨至30um以下。
加入消泡剂、防沉剂、有机膨润土，高速分散均匀制得涂料A组分检测、包装。
将固化剂作为B组分单独包装。
实施例2：所述石墨烯防腐涂料包括以下重量份原料：E44环氧树脂6份、E20环氧树脂16份、650聚氨酰胺固化剂14份、石墨烯1份、800目磷酸锌5份、500目锌粉30份、、1000目云母粉3.2份、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯4份、正丁醇8份、环己酮6份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份。其中石墨烯片径5～30um，石墨烯层数少于10层，石墨烯比表面积30～200m2/g。
涂料制备工艺流程同实施例1
实施例3
所述石墨烯防腐涂料包括以下重量份原料：E44环氧树脂6份、E20环氧树脂16份、650聚氨酰胺固化剂14份、石墨烯3份、800目磷酸锌5份、500目锌粉28份、、1000目云母粉3.2份、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯4份、正丁醇8份、环己酮6份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份。其中石墨烯片径5～30um，石墨烯层数少于10层，石墨烯比表面积30～200m2/g。
涂料制备工艺流程同实施例1
实施例4
所述石墨烯防腐涂料包括以下重量份原料：E44环氧树脂6份、E20环氧树脂16份、650聚氨酰胺固化剂14份、石墨烯5份、800目磷酸锌5份、500目锌粉26份、、1000目云母粉3.2份、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯4份、正丁醇8份、环己酮6份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份。其中石墨烯片径5～30um，石墨烯层数少于10层，石墨烯比表面积30～200m2/g。
涂料制备工艺流程同实施例1
对比例1
E44环氧树脂6份、E20环氧树脂16份、650聚氨酰胺固化剂14份、800目磷酸锌5份、500目锌粉31份、1000目云母粉3.2份、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯4份、正丁醇8份、环己酮6份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份。
对比例2：E44环氧树脂2份、E20环氧树脂10份、650聚氨酰胺固化剂7份、、800目磷酸锌3.2份、500目锌粉60份、、纳米SiO21.0份、BENGEL®828有机膨润土1.0份、、二甲苯3份、正丁醇3份、环己酮5份、H-14001.5份、BYK1102.0份，6900-20X1.0份、5500消泡剂0.3份
实施例与对比例涂料性能参数如表1
从上表可以看出，石墨烯的加入能极大地提高涂料的耐盐雾性能，但是石墨烯的添加量要适量，当加入过量的石墨烯以后涂料耐盐雾性能急剧下降，这是由于石墨烯过量以后，涂层导电性变好，原电池反应会加速，因此会加速腐蚀。涂层的耐磨性会随着石墨烯添加量的增大而变好。
有上表分析得出加入适量的石墨烯与可以大幅提高涂料的耐盐雾性能，并且能够减少50%以上的锌粉使用量，自修复石墨烯防腐涂料具有耐盐雾性能好，耐磨性好，耐酸碱强，附着力高等优势。
从图二涂层的断面可以看出，石墨烯层层叠加，形成物理隔绝作用，同时形成迷宫效应，增加腐蚀介质到达基材的行程，从而提高涂层的防腐性能。石墨烯在涂层表面能增大水与涂层的接触角，使涂层具有更优异的耐水性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯防腐涂料，其特征在于，包括由以下重量份的原料制备而成：
环氧树脂 20 ~ 60重量份；
固化剂 5 .0~60重量份；
石墨烯 0.05 ~ 5.0重量份；
防锈填料10～70；
溶剂5.0～30；
助剂1.0～10；
其中 ，石墨烯的片径为5～30um，厚度小于20纳米、层数少于10层、比表面积为30～200m2/g；所述防锈填料包括磷酸锌、锌粉、纳米SiO2、云母氧化铁灰、云母粉、滑石粉、磷铁粉、沉淀硫酸钡其中的一种或一种以上；所述固化剂包括聚氨酰胺、脂环胺脂肪多元胺二乙烯三安、三乙烯四胺、芳香胺、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯二甲酸酐中的一种或一种以上；所述溶剂为二甲苯、S-150、环己酮、异氟尔酮、甲基异丁基酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、正丁醇的一种或一种以上；所述助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、有机膨润土、偶联剂中的一种或一种以上。
2.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述防腐填料包括由以下重量份的原料制备而成：
磷酸锌 5.0 ~ 30重量份；
锌粉10 ~ 80重量份；
磷铁粉 0 ~ 50重量份；
云母粉3.0～20重量份；
纳米SiO20.1～1.0重量份。
3.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
环氧树脂 22 ~50重量份；
固化剂14~50重量份；
石墨烯 1 ~ 4重量份；
防锈填料10～40；
溶剂5.0～20；
助剂3～8。
4.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述固化剂包括聚酰胺和芳香胺类固化剂。
5.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述溶剂为二甲苯、甲基异丁基酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、正丁醇的一种或一种以上。
6.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述助剂包括分散剂BYK110、BYK161、BYK104S、亨缌克H-1400、消泡剂亨缌克H220、德谦5500、德谦5600、BYK054、BYK065流平剂EFKA3777、EFKA3600、BYK354防沉剂DeuRheo202、DeuRheo556S、6900-20X、有机膨润土BENGEL®828、BENGEL®27、BENGEL®988、偶联剂KH550、KH560中的一种或一种以上。
7.如权利要求1所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述磷酸锌为500～2000目，锌粉为500～2000目球形锌粉、滑石粉为500～2000目、沉淀硫酸钡为500～2000目、云母氧化铁灰为300～800目。
8.一种石墨烯防腐涂料的制备，其特征在于，包括依次以下步骤：
提供石墨烯浆料；
将环氧树脂、溶剂、助剂、分散剂加入分散缸低速搅拌均匀；
将防锈填料加入分散缸高速分散均匀再用砂磨机箱细度研磨至30um以下；
加入消泡剂、防沉剂、有机膨润土，高速分散均匀制得涂料A组分；
将固化剂作为B组分。
9.如权利要求8所述的石墨烯防腐涂料的制备，其特征在于，所述防锈填料包括锌粉、云母粉、磷酸锌、纳米SiO2、石墨烯浆料一种或一种以上。
10.如权利要求8所述的石墨烯防腐涂料的制备，其特征在于，所述石墨烯浆料的制备包括以下步骤：将纯度达97-99%鳞片石墨氧化插层，再经过500-700℃膨胀得到膨胀石墨蠕虫；然后再将膨胀石墨与溶剂、分散剂混合分散均匀，在经过液相超声剥离得到初步剥离的石墨烯浆料；将经过超声处理的石墨烯浆料用纳米砂磨机进一步剥离与研磨，得到片径5～30um，厚度小于20纳米的少层石墨烯浆料；将经过纳米砂磨机精细研磨的石墨烯浆料离心浓缩。
CN201711341605.7A 2017-12-14 2017-12-14 石墨烯防腐涂料以及制备方法 Withdrawn CN107916047A (zh)

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