CN108250902A - 一种水性石墨烯防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性石墨烯防腐涂料及其制备方法，所述防腐涂料包含涂料主剂和涂料附剂，所述涂料附剂包含水性环氧树脂和交联添加剂，所述涂料主剂包含如下组分：水性环氧树脂固化剂，助溶剂A，助溶剂B，交联添加剂，催化剂，锌粉以及石墨烯。本发明提供的水性石墨烯防腐涂料及其制备方法，利用薄片状的石墨烯材料具有良好的导电性这一特点，结合传统的锌粉材料，能够大大增加石墨烯的比表面积，在保证耐腐蚀效果的情况下，大大减少锌粉用量。

Description

一种水性石墨烯防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防腐涂料及其制备方法，尤其涉及一种水性石墨烯防腐涂料及其制备方法。
背景技术
目前桥梁钢结构防护领域，大多使用溶剂型醇酸树脂体系涂料，其特点是固化速度快，能在自然环境下以较短的时间内达到涂膜表干以及实干。但是随之也带来一些不利因素：首先，溶剂型涂料在敞开式环境中施工，释放大量VOC对环境造成影响；其次，防腐性能相对偏低，目前对普通的桥梁钢结构防护要求越来越高，尤其是在防腐这一块，普通的醇酸自干体系已经无法满足桥梁钢结构的防腐要求，而使用重防腐涂料体系又会使成本大大提升，不利于经济集约。
普通的醇酸体系耐盐雾时间大约为600-800小时，重防腐领域如集装箱船舶领域，其三层配套体系耐盐雾时间能达到1500-2000小时(主要是依靠底漆中的富锌环氧底漆，大量的锌粉对钢结构的腐蚀起到了保护作用)，但是随着锌粉价格足年上涨，依靠富锌环氧底漆防腐的系统，成本越来越高。
一般认为，欲使富锌底漆涂膜发挥阴极保护作用，其干膜中必须含有大量的锌粉粒子，它们必须相互接触并和基材保持良好的接触才能形成导电回路。但是，富锌底漆中高锌粉含量也会带来一系列的问题。首先，锌粉含量高，漆膜的致密性下降，会影响涂层的耐水性，附着力以及冲击性能等。其次，富锌底漆中高锌粉含量给涂料的生产，运输以及施工等带来诸多不便。金属锌在生产和配制涂料时，分散稳定较为困难，在储存过程中容易发生严重的沉淀现象。第三，含有富锌底漆的钢铁基材在焊接和切割时会由于底漆中的高锌粉含量产生大量的锌蒸汽，可能会导致工作人员产生“锌热病”，危害工作人员的身体健康。
此外，锌资源的消耗不可复得，如何在达到防腐目的的同时减少锌粉的使用量，提高锌资源的利用效率，节约我国的锌资源，一直是本领域的研究热点一，具有广义及广阔的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水性石墨烯防腐涂料及其制备方法，能够大大增加石墨烯的比表面积，在保证耐腐蚀效果的情况下，大大减少锌粉用量。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种水性石墨烯防腐涂料，包含涂料主剂和涂料附剂，所述涂料附剂包含水性环氧树脂和交联添加剂，所述涂料主剂包含如下组分：水性环氧树脂固化剂，助溶剂A，助溶剂B，交联添加剂，催化剂，锌粉以及石墨烯。
上述的水性石墨烯防腐涂料，其中，所述涂料主剂中各组分的质量百分比如下：
上述的水性石墨烯防腐涂料，其中，所述涂料主剂中各组分的质量百分比如下：
所述涂料主剂和涂料附剂按照质量比3：1混合。
上述的水性石墨烯防腐涂料，其中，所述助溶剂A为丙二醇甲醚，所述助溶剂B为丙二醇甲醚醋酸酯。
上述的水性石墨烯防腐涂料，其中，所述交联添加剂为湛新公司AdditiolVXW6208/60，所述催化为湛新公司Additiol VXW 6393。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述的水性石墨烯防腐涂料的制备方法，其中，包括如下步骤：S1：首先将水性环氧树脂固化剂加入到调漆釜中；S2：然后依次加入助溶剂A和助溶剂B，按400-600转/分钟低速搅拌15分种；S3：再加入交联添加剂和催化剂,搅拌5分钟后，按每分钟0.4～1公斤的添加量加入石墨烯，按1000-1200转/分钟高速搅拌分散30分钟；S4：接着按600-800转/分钟速度，每分钟4～10公斤的添加量加入锌粉，按1000-1200转/分钟高速搅拌1小时形成涂料主剂；S5：再将环氧树脂倒入调漆釜中，加入水和交联添加剂，按400-600转/分钟慢速搅拌30分钟后过滤形成涂料附剂；S6：将所述涂料主剂和涂料附剂按照质量比3：1混合获得防腐涂料。
上述的水性石墨烯防腐涂料的制备方法，其中，所述步骤S4还包括：将搅拌好的涂料主剂投入到真空反应釜中，接入220V的电压，冲入氮气防止火花的产生，继续按1000-1200转/分钟高速搅拌30分钟；搅拌完成后，放出涂料主剂到带有超声功能的高频震荡仪里面震荡1小时，震荡频率为1000Hz。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的水性石墨烯防腐涂料及其制备方法，利用薄片状的石墨烯材料具有良好的导电性这一特点，结合传统的锌粉材料，用于重防腐领域里底漆的运用，大大降低锌粉的使用量，通过电位还原法阳极自我牺牲，从而对所涂装样件起到保护作用。
附图说明
图1为本发明水性石墨烯防腐涂料制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
片状惰性的石墨烯为新型二维纳米材料，具有优异的导电性，物理机械性能和对水分子，空气的屏蔽性能。利用石墨烯微片超强的导电性和超高强度，结合锌粉的阴极保护，应用于轻防腐领域比如桥梁钢结构涂料中，施工固化后，漆膜中的石墨烯与锌粉相互搭接形成一张到电网，产生协同效应，既可大幅度减少漆膜中锌粉用量，又可以提高漆膜的阴极保护作用，显示出更优异的防腐性能和配套性能。
但是目前主流石墨烯制造商大多提供多层石墨烯材料，因为石墨本身就是一种多层的炭结构材料，其自身有很强的化学键应力，很难将多层石墨烯的每一次都剥离开，最终达到只有一层的超薄的炭6结构。而这种材料的导电性能往往又与片状层数成反比，石墨材料做得越薄其导电性能就越好。
因此，本发明以锌粉为基础，通过添加石墨烯微片形成新涂料。具体包含涂料主剂和涂料附剂，所述涂料附剂包含水性环氧树脂和交联添加剂，所述涂料主剂包含如下组分：水性环氧树脂固化剂，助溶剂A，助溶剂B，交联添加剂，催化剂，锌粉以及石墨烯。
本发明提供的的水性石墨烯防腐涂料，所述涂料主剂中各组分的质量百分比如下：
本发明提供的水性石墨烯防腐涂料，所述助溶剂A为丙二醇甲醚，所述助溶剂B为丙二醇甲醚醋酸酯。所述交联添加剂为湛新公司Additiol VXW 6208/60，所述催化为湛新公司Additiol VXW 6393。
请参见图1，本发明提供的水性石墨烯防腐涂料，制备方法如下：
一、测试样的准备：水性石墨烯涂料
首先，制作测试样品涂料
选取原材料：主体水性环氧树脂，水性环氧树脂固化剂，助溶剂A，助溶剂B，交联添加剂，催化剂，锌粉和石墨烯。
涂料制作：将水性环氧树脂固化剂首先加入到调漆釜中，然后逐步依次加入助溶剂A和助溶剂B，低速搅拌15分种。然后加入交联添加剂和催化剂,搅拌5分钟后缓慢加入石墨烯，高速搅拌分散30分钟。最后用中等速度将锌粉加入到整个体系中，高速搅拌1小时。(锌粉添加量大约为总质量的30％)即，关键点：将搅拌好的涂料主剂投入到真空反应釜中(反应釜必须使用非导电材料同时能耐高压)，接入220V的电压，冲入氮气防止火花的产生，继续高速搅拌30分钟。搅拌完成后放出涂料主剂试样到带有超声功能的高频震荡仪里面震荡1小时，震荡频率为1000Hz,取出涂料样品，测试样的涂料主剂部分制作完成。接下来制作测试样的附剂部分：首先将环氧树脂倒入调漆釜中，加入适量水和交联添加剂，慢速搅拌30分钟后过滤，即，测试样的涂料附剂部分完成。
涂料主剂部分因为有多种原料组成，其中含有最关键的石墨烯元素，经过上述这样特殊处理后能增强石墨烯的导电能力，从而增强涂料的耐腐蚀性能，通常可以提高20％-30％。
本发明正是通过配方的调整与原材料的搭配，通过高频高压震荡，加上催化剂进行还原，把原本配方体系中的石墨烯打开打薄，从而增加石墨烯的比表面积(石墨烯被打开后，相同质量的样品其表面积就越大，所占空间也相对更多，能起到更好的导电性)，同样的涂料体系，通过上述手段，可以添加更加少量的锌粉，达到相同的耐腐蚀效果。
其次，准备对比标准样
溶剂型醇酸自干底漆(玉白)，溶剂型醇酸自干面漆(面漆用与配套试验用：溶剂型醇酸面漆配套溶剂型醇酸自干底漆作为标准样，溶剂型醇酸面漆配套石墨烯水性环氧底漆作为对比样)
最后，完成测试样板的制作
把水性石墨烯底漆按照涂料主剂和涂料附剂3:1的配比配置好，喷涂完成底漆样板；然后拿取另一块样板喷涂溶剂型醇酸底漆；最后，两块底漆样板同时喷涂好醇酸自干面漆，进行耐盐雾测试
二、测试结果及分析
将样板放入盐雾箱中进行耐腐蚀测试，氯化钠浓度5％，测试时间为1000小时。结果显示：标准板出现了轻微的腐蚀情况，边界单边扩蚀大约1毫米；而使用了石墨烯水性环氧底漆的对比样板则没有出现腐蚀现象，边界单边扩蚀为0毫米。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种水性石墨烯防腐涂料，其特征在于，包含涂料主剂和涂料附剂，所述涂料附剂包含水性环氧树脂和交联添加剂，所述涂料主剂包含如下组分：水性环氧树脂固化剂，助溶剂A，助溶剂B，交联添加剂，催化剂，锌粉以及石墨烯。
2.如权利要求1所述的水性石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述涂料主剂中各组分的质量百分比如下：
3.如权利要求2所述的水性石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述涂料主剂中各组分的质量百分比如下：
所述涂料主剂和涂料附剂按照质量比3：1混合。
4.如权利要求1所述的水性石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述助溶剂A为丙二醇甲醚，所述助溶剂B为丙二醇甲醚醋酸酯。
5.如权利要求1所述的水性石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述交联添加剂为湛新公司Additiol VXW 6208/60，所述催化为湛新公司Additiol VXW 6393。
6.一种如权利要求1所述的水性石墨烯防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：首先将水性环氧树脂固化剂加入到调漆釜中；
S2：然后依次加入助溶剂A和助溶剂B，按400-600转/分钟低速搅拌15分种；
S3：再加入交联添加剂和催化剂,搅拌5分钟后，按每分钟0.4～1公斤的添加量加入石墨烯，按1000-1200转/分钟高速搅拌分散30分钟；
S4：接着按600-800转/分钟速度，每分钟4～10公斤的添加量加入锌粉，按1000-1200转/分钟高速搅拌1小时形成涂料主剂；
S5：再将环氧树脂倒入调漆釜中，加入水和交联添加剂，按400-600转/分钟慢速搅拌30分钟后过滤形成涂料附剂；
S6：将所述涂料主剂和涂料附剂按照质量比3：1混合获得防腐涂料。
7.如权利要求6所述的水性石墨烯防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：将搅拌好的涂料主剂投入到真空反应釜中，接入220V的电压，冲入氮气防止火花的产生，继续按1000-1200转/分钟高速搅拌30分钟；
搅拌完成后，放出涂料主剂到带有超声功能的高频震荡仪里面震荡1小时，震荡频率为1000Hz。
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