CN107974170A - 一种双金属石墨烯防腐涂料及其应用方法 - Google Patents

一种双金属石墨烯防腐涂料及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述防腐涂料由甲、乙两组分组成，按质量份数计，甲组分包括以下成分：缩水甘油醚40‑56份；粉状石墨烯3—5份；锌粉35‑45份；铝粉6—10份，所述乙组分为酮亚胺树脂，甲乙组分的质量比为2:1。所述防腐涂料兼具防锈及防腐功能的底漆，从配方设计上引进了纳米石墨烯材料、利用多官能度的缩水甘油醚类低粘度溶剂作为分散剂，配合添加适量锌粉、铝粉，用酮亚胺树脂做固化剂，通过电化学防腐实现有效保护底材。本发明还公开了所述涂料的应用方法。

Description

一种双金属石墨烯防腐涂料及其应用方法
技术领域
本发明属于防腐涂料领域，具体涉及一种双金属石墨烯防腐涂料及其应用方法。
背景技术
腐蚀是金属表面接触空气、水或其他物质。防腐的主要方法就是给金属涂上涂层材料，以屏蔽金属表面。钢结构防腐已发展到了一个追求低消耗、长效防腐的新的时期，要求相关的防腐涂料满足薄涂、耐久及便于维修等条件。耐湿热、耐盐雾、耐酸、耐碱、耐水等，耐化学介质的时间需足够长；薄涂是在保证防腐性能持久的条件下，表现出较常规防腐涂层漆膜总厚度明显偏薄；便于维修，主要是漆膜在局部损坏的情况下能补涂且易于修复漆膜的耐久性。
目前钢结构防腐主要有以下几种技术：(1)油漆防腐；(2)热浸镀锌；(3)电弧喷涂防腐。其中(1)油漆防腐的原理是将纯锌粉溶于溶剂、助剂和成膜物质内形成富锌底漆，被涂刷至待防腐工件上，借助成膜物质成膜固化于工件表面。一方面隔绝腐蚀介质浸人钢材而达到防腐效果，另一方面富锌漆具有阴极保护作用。油漆涂层性能富锌漆虽属阳极性涂层，但由于其成膜物质为有机物，随着时间延长，环境的千变万化，有机物终究要老化、粉化直至失效，从而会导致锌粉颗粒的氧化、脱落；另一方面由于酸洗、钝化后的基体表面较光滑，使富锌漆的附着力下降，难以得到实际防腐效果。(2)热浸镀锌是将待镀工件浸人溶融金属锌槽中进行镀覆过程，从而在表面形成纯镀锌层和次表面的锌合金化镀层，实现对钢铁的保护作用。热浸锌涂层较致密，能有效阻碍腐蚀介质浸人基体，实现对钢铁的阴极保护；但是热浸锌涂层较薄，一般只有30-50um，对一些较大型工件可达85um，即使延长浸镀时间，锌层厚度增加不多，同时涂层不均匀，厚度不易控制；并且涂层结合力差，另外热浸锌镀层附着力直接受工件表面预处理质量影响。(3)电弧喷涂防腐是利用专门的喷涂设备，使喷涂金属丝在低电压大电流作用下熔化，经压缩空气喷吹至预先抛砂除锈的金属构件上形成电弧喷锌、铝涂层，在其上喷刷防腐封闭涂料形成长效防腐复合涂层。金属喷涂层作为阳极对钢铁构件进行阴极保护，其次较厚的涂层也阻止腐蚀介质浸人基体，但是在喷涂时会产生大量氧化金属气体，危害作业人员生命健康。所以针对现有技术中钢防腐涂料的缺陷，本领域技术人员对于钢防腐涂料的研究仍然是刻不容缓的。
石墨烯理论上是由单层碳原子紧密堆积成的具有二维片层结构的一种碳质新材料，具有优异的电性能和高的径厚比(＞200)以及薄的片层结构(＜1nm),是已知最薄最强的材料。通过研究发现使用原子薄层石墨烯，作为保护涂层，能够抑制腐蚀下面的金属。CN105086754A公开了一种双组份石墨烯防腐涂料，所述涂料包括能固化成膜的甲组份和含有固化剂的乙组分；其中，甲组份按质量百分比包括如下组分：石墨烯0.1-5wt％；锌粉0-35wt％；填料30-70wt％；固含量为54％的环氧树脂10-20wt％；溶剂10-20wt％；其中，石墨烯、锌粉和填料的质量百分含量之和为60-80wt％，所述甲组份各组分质量百分含量之和为100w％。但是此技术方案中仅使用了金属锌，还未能达到非常有效的防腐效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双金属石墨烯防腐涂料及其应用方法，所述防腐涂料兼具防锈及防腐功能的底漆，从配方设计上引进了纳米石墨烯材料、利用多官能度的缩水甘油醚类低粘度溶剂作为分散剂，配合添加适量锌粉、铝粉，用酮亚胺树脂做固化剂，通过电化学防腐实现有效保护底材。
为了实现上述发明目的，具体提供了如下的技术方案：
1、一种双金属石墨烯防腐涂料，所述防腐涂料由甲、乙两组分组成，按质量份数计，甲组分包括以下成分：缩水甘油醚40-56份；粉状石墨烯3—5份；锌粉35-45份；铝粉6—10份，所述乙组分为酮亚胺树脂，甲乙组分的质量比为2:1。
进一步优选的，按质量份数计，所述防腐涂料包括如下成分：缩水甘油醚53份；粉状石墨烯4份；锌粉40份；铝粉8份；酮亚胺树脂52.5份。
进一步，所述缩水甘油蜜包括乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚的一种或几种。
进一步，所述石墨烯为碳原子层数为10-100层的石墨烯粉体。
进一步，所述锌粉粒度为500-1500目，铝粉为5-50微米细度的非浮型铝银浆。
2、一种双金属石墨烯防腐涂料的应用方法，包括如下步骤：按甲乙组分质量比2:1配置拌匀，以经手工除油除锈的碳钢板做底材，采用喷涂方式制备一次成膜厚度40-50微米的漆膜，自干两天后喷涂氟碳实色面漆或聚硅氧烷实色面漆一道30-40微米，在常温下干燥7天。
本发明的有益效果在于：
1)利用石墨烯薄片对介质特有的阻隔屏蔽作用达到薄涂长效的目的；
2)利用铝粉、锌粉分散于涂层中，与铁质底材接触形成原电池的两极、同时与片状石墨烯接触形成原电池的两极，在有化学介质存在的条件下，首先牺牲铝、锌电极，达到长效防腐的目的；
3)利用酮亚胺树脂做固化剂，确保缩水甘油醚与酮亚胺树脂反应后形成的有机高分子材料分子间存在充分的共轭大∏键，使电子在成膜物分子中可以自由移动，从而使牺牲铝、锌形成的电子可以顺利到达底材，起到保护底材而防腐的目的；
4)本产品粘度小，石墨烯添加量大，石墨烯在体系中均匀分散有助于锌粉、铝粉的稳定，避免添加其他稳定剂而影响产品的防腐效果；质量固体份100％，易于施工，且在修复过程中，新旧漆膜能很顺利螯合在一起，共同体现薄涂、长效的防腐功能。
5)本产品的制备方法非常简单易行，只需要将甲乙组分按配比混合搅拌即可实现分散性良好的防腐剂。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
一种双金属石墨烯防腐涂料的制备方法如下：
首先按质量份秤取缩水甘油醚53份；粉状石墨烯4份；锌粉40份；铝粉8份；酮亚胺树脂52.5份。缩水甘油醚为乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚按1:1:1混合而成。所述石墨烯为碳原子层数为10-100层的石墨烯粉体，锌粉粒度为500-1500目，铝粉为5-50微米细度的非浮型铝银浆，酮亚胺树脂由二乙烯三胺与甲基异丁基酮在无溶剂条件下缩聚而成。
甲组份的加工，利用以下两种方式解决石墨烯的分散问题，第一种.所有成分使用双轴高速搅拌机，通过锌粉、铝粉、石墨烯粉的充分摩擦；第二种.将石墨烯粉先加入缩水甘油醚中通过研磨机研磨，然后加入锌粉、铝粉一起高速搅拌。
实施例2
与实施例1不同的是，所述防腐涂料的质量配比如下：缩水甘油醚40份；粉状石墨烯3份；锌粉35份；铝粉6份，酮亚胺树脂42份。
将实施例1制备的石墨烯防腐涂料以经手工除油除锈的碳钢板做底材，采用喷涂方式制备一次成膜厚度40-50微米的漆膜，自干两天后喷涂氟碳实色面漆或聚硅氧烷实色面漆一道30-40微米，在常温下干燥7天，封边封背面，投入性能检测，分别得到如表1所示的性能指标：
表1
性能 实施例1
耐湿热时长(小时) 2500
耐盐雾时长(小时) 5000
耐10％硫酸时长(小时) 500
耐碱10％氢氧化钠时长(小时) 500
耐水时长(小时) 3000
由上表可看出，本发明所公开的双金属石墨烯防腐涂料利用铝粉、锌粉分散于涂层中，与铁质底材接触形成原电池的两极、同时与片状石墨烯接触形成原电池的两极，在有化学介质存在的条件下，首先牺牲铝、锌电极，可以实现达到长效防腐的目的；
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述防腐涂料由甲、乙两组分组成，按质量份数计，甲组分包括以下成分：缩水甘油醚40-56份；粉状石墨烯3—5份；锌粉35-45份；铝粉6—10份，所述乙组分为酮亚胺树脂，甲乙组分的质量比为2:1。
2.根据权利要求1所述一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，按质量份数计，所述防腐涂料包括如下成分：缩水甘油醚53份；粉状石墨烯4份；锌粉40份；铝粉8份；酮亚胺树脂52.5份。
3.根据权利要求1所述一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述缩水甘油醚包括乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯为碳原子层数为10-100层的石墨烯粉体。
5.根据权利要求1所述一种双金属石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述锌粉粒度为500-1500目，铝粉为5-50微米细度的非浮型铝银浆。
6.一种双金属石墨烯防腐涂料的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：按甲乙组分质量比2:1配置拌匀，以经手工除油除锈的碳钢板做底材，采用喷涂方式制备一次成膜厚度40-50微米的漆膜，自干两天后喷涂氟碳实色面漆或聚硅氧烷实色面漆一道30-40微米，在常温下干燥7天。
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