CN108610676A - 一种耐高温石墨烯防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的公开了一种耐高温的石墨烯防腐涂层及其制备方法。本发明提供的涂层中按质量比计氧化物含量20‑50份，水玻璃20‑50份，助剂1‑10份，石墨烯0.5‑5份。本发明还提供了该种涂层的制备方法。本发明的耐高温防腐涂层的制备方法简单方便，石墨烯在溶剂中分散均匀，提高了涂层的防腐性和导热性，使涂覆有此涂层的器件即使在高腐蚀环境中工作也可以快速散热，保证器件可以在高温高腐蚀环境中长时间稳定工作。针对目前石墨烯涂层以高分子材料为主，普遍使用温度在200℃以下的情况，本发明的涂层是一种全无机组分的涂层，可以耐受盐雾实验96个小时以上，并且稳定长时间工作在500℃的环境中，其热导率200W·(mK)‑1；可应用于电子、电器、航空、石油化工等行业。

Description

一种耐高温石墨烯防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂层技术领域，尤其是涉及一种耐高温石墨烯防腐涂层及其制备方法
背景技术
腐蚀渗透到各行各业，且每时每刻都在发生，尤其是在高温高腐蚀环境下，不仅给人类带来经济上的极大损失，有时甚至危及人身安全。为了防止和减缓腐蚀，在生产实践和科学实验中开发了许多防腐蚀方法，其中以涂涂层保护最为方便经济，因而获得了广泛的应用。
石墨烯可以看作是被剥离的石墨单片层，只有一个碳原子层的厚度(0.35nm)，碳原子之间成六角环形排列，每个碳原子通过σ键与其他三个碳原子紧密相连，C-C键使得石墨烯具有优异的力学性质。
石墨烯具有的特殊片层状结构，可以像鳞片状的云母、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂层中。石墨烯的片层状结构，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透流程，从而达到对金属材料的防腐功能，这一过程被称为石墨烯的“迷宫效应”。
石墨烯具有稳定的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。有研究报道石墨烯制备的微小密封“气球”能有效阻碍气体分子通过，即使H原子也很难通过。而且，石墨烯具有良好的热稳定性和化学稳定性，在高温600℃或具有腐蚀性的环境中也能保持相对稳定。
石墨烯作为二维sp2键杂化的单层碳原子晶体，其低维结构可显著削减晶界处声子的边界散射，并赋予其特殊的声子模式，表现出更优异的导热特性，实验测试其导热系数高达5300W·(mK)-1，已超越碳纳米管、石墨等碳同素异形体的极限，更远超银和铜等金属材料，在强化传热领域优势显著。由于石墨烯本身的疏水及静电特性，它在复合材料中极易团聚，这会抑制石墨烯的热学性能。因此，如何提高石墨烯在水性涂层浆料中的分散性是制备石墨烯涂层的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有石墨烯涂层的一些缺点和不足,采用简便的方式，实现石墨烯在耐高温防腐涂层中的重要作用。
实现本发明的技术方案如下：
一种耐高温石墨烯防腐涂层，按照质量比计涂层浆料由以下组分组：氧化物20-50份，水玻璃20-50份，助剂1-10份，石墨烯0.5-5份，去离子水0-5份。所述氧化物为纳米级分析纯氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种的组合。
所述水玻璃为钾水玻璃或钠水玻璃，模数为2.3-2.6
所述助剂为消泡剂、表面活性剂中的一种或多种组合。
所述消泡剂为磷酸三丁酯，聚醚类等
所述表面活性剂为:聚乙二醇，吐温80等
所述石墨烯为本征态的石墨烯、氧化石墨烯、改型的功能化石墨烯或者其混合物。
所述改型的功能化石墨烯是表面含氨基、羟基或类似功能基团的石墨烯。
一种耐高温石墨烯防腐涂层的制备方法，包括以下步骤:
1、制备涂层浆料混合粉体：按所述质量比，将石墨烯与氧化物粉体加入到装有陶瓷质磨球的陶瓷质球磨罐中，进行干法长时间高速球磨共混，以确保混合充分均匀；
2、制备涂层浆料混合溶剂，按所述质量比，将水玻璃与助剂共混，确保水玻璃与助剂充分混合均匀；
3、制备涂层浆料，按所述质量比，将制备好的混合粉体和混合溶剂充分共混，保证粉体均匀分散在溶剂中；
4、调整涂层浆料性能，根据不同涂覆方式的需要，向配好的浆料中加入去离子水，并均匀混合，使浆料满足不同涂覆工艺的施工要求；
5、制备基材涂层，将涂层浆料通过喷涂、浸覆、刷涂等工艺涂敷到处理好的基材表面，将涂敷完毕的涂层在空气中固化一定时间，待消粘后，转移到烘箱中固化，待涂层完全固化后，即可得到满足使用性能的涂层。
本发明的有益效果是：
本发明采用石墨烯直接共混引入到氧化物粉体中，通过干法长时间高速球磨，使石墨烯均匀分散到氧化物粉体中，甚至通过机械力使石墨烯与氧化物粉体产生结合，得到一种石墨烯与氧化物共混粉料。将这种共混粉体通过各种助剂使其均匀分散到水玻璃中，利用氧化物在涂层浆料中的阻隔作用，提高石墨烯在涂层浆料中的分散均匀度，得到石墨烯与氧化物粉体均匀分散的涂层浆料。
本发明利用氧化物粉体和水玻璃的优异的耐高温性，使涂层可以在高温下长时间使用。且浆料是一种水性浆料，使用过程中对人体危害小，绿色环保，施工简单方便。
本发明利用石墨烯分散在涂层中能够形成类似迷宫状结构,从而使得渗透因子渗透到基材表面的阻力增加，极大地增加了这种涂料的防腐蚀性能。利用石墨烯的超高导热系数特点，使掺杂有石墨烯的涂层的导热效果得到极大的提高。高导热涂层的使基材的热量更快的传递出来，维持基材相对较低的温度，保证基材可以在高温下长时间的性能稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
实施例1
(1)按照质量比计，将35份氧化锆、5份氧化铝、5份氧化镁、3份二氧化硅、2份二氧化钛与4份石墨烯放入有氧化铝磨球的氧化铝球磨罐中，通过干法高速球磨8h，得到均匀混合粉体。
(2)按照质量比计，将40份模数为2.4的钾水玻璃，0.2份聚醚改性硅油，2份聚乙二醇400加入到有氧化铝磨球的球磨罐中，通过行星球磨4h混合均匀，得到均匀的溶剂。
(3)将所得到的溶剂全部加入到步骤(1)中的盛有混合均匀粉体的球磨罐中，球磨混合15min，得到分散均匀的浆料
(4)按照质量比计，向步骤3中分散均匀的浆料中加入2份去离子水，球磨混合15min，得到满足喷涂要求的涂层浆料。
(5)将涂层均匀喷涂到经过喷砂处理的不锈钢板表面，在室温放置15min后，转移到70℃的烘箱中固化30min，即可得到满足要求的涂层。
实施例2
(1)按照质量比计，将10份氧化锆、25份氧化铝、5份氧化镁、3份二氧化硅、2份二氧化钛与3份石墨烯放入有氧化铝磨球的氧化铝球磨罐中，通过干法高速球磨8h，得到均匀混合粉体。
(2)按照质量比计，将30份模数为2.4的钾水玻璃，0.2份磷酸三丁酯，2份吐司80加入到有氧化铝磨球的球磨罐中，通过行星球磨4h混合均匀，得到均匀的溶剂。
(3)将所得到的溶剂全部加入到步骤(1)中的盛有混合均匀粉体的球磨罐中，球磨混合15min，得到分散均匀的浆料
(4)按照质量比计，向步骤3中分散均匀的浆料中加入1份去离子水，球磨混合15min，得到满足刷涂要求的涂层浆料。
(5)将涂层均匀刷涂到经过喷砂处理的不锈钢板表面，在室温放置15min后，转移到70℃的烘箱中固化30min，即可得到满足要求的涂层。
实施例3
(1)按照质量比计，将20份氧化锆、20份氧化铝、5份氧化镁、3份二氧化硅、2份二氧化钛与5份石墨烯放入有氧化铝磨球的氧化铝球磨罐中，通过干法高速球磨8h，得到均匀混合粉体。
(2)按照质量比计，将45份模数为2.4的钾水玻璃，0.2份磷酸三丁酯，4份吐司80加入到有氧化铝磨球的球磨罐中，通过行星球磨4h混合均匀，得到均匀的溶剂。
(3)将所得到的溶剂全部加入到步骤(1)中的盛有混合均匀粉体的球磨罐中，球磨混合15min，得到分散均匀的浆料，满足浸覆工艺需要。
(4)将表面经过喷砂处理的不锈钢板通过浸覆工艺均匀涂覆步骤(3)所得浆料，在室温放置15min后，转移到70℃的烘箱中固化30min，即可得到满足要求的涂层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于：按照质量比包括以下组分：氧化物20-50份，水玻璃20-50份，助剂1-10份，石墨烯0.5-5份，去离子水0-5份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述氧化物为纳米级分析纯氧化铝、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述水玻璃为钾水玻璃或钠水玻璃，模数为2.3-2.6。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述助剂为消泡剂、表面活性剂中的一种或两种组合。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述消泡剂为：磷酸三丁酯或者聚醚改性硅油脂。
6.根据权利要求4所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述表面活性剂为:聚乙二醇或者吐温80。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述石墨烯为本征态的石墨烯、氧化石墨烯、改型的功能化石墨烯中的一种或多种组合。
8.根据权利要求7所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层，其特征在于，所述改型的功能化石墨烯是表面含氨基、羟基或环氧键功能基团的石墨烯。
9.制备权利要求1～8所述的一种耐高温石墨烯防腐涂层的方法，包括以下步骤:(1)制备涂层浆料混合粉体：按质量比取氧化物20-50份，石墨烯0.5-5份，将石墨烯与氧化物进行干法共混，以确保混合充分均匀；
(2)制备涂层浆料混合溶剂：按质量比取水玻璃20-50份，助剂1-10份，将水玻璃与助剂共混，确保水玻璃与助剂充分混合均匀；
(3)制备涂层浆料：将步骤(1)中制备的混合粉体和步骤(2)中制备的混合溶剂充分共混，保证混合粉体均匀分散在混合溶剂中；
(4)调整涂层浆料性能：根据不同涂覆方式的需要，向步骤(3)中制备的涂层浆料中加入去离子水，并均匀混合；
(5)制备基材涂层：将步骤(4)中得到的涂层浆料通过喷涂、浸覆、刷涂工艺涂敷到处理好的基材表面，将涂敷完毕的涂层在空气中固化10-30min，消粘后转移到温度为60-70℃的烘箱中固化，待涂层完全固化后即可得到耐高温石墨烯防腐涂层。
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