CN108610847A - 一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，制备方法为：将去离子水、润湿分散剂和纳米石墨烯按重量份比例混合并分散，超声波分散，制备纳米石墨烯分散液；将主转化剂、植物提取酸、无机酸、润湿分散剂、附着力促进剂、防闪锈剂、渗透剂按重量份比例混合并分散均匀，砂磨，与偶联剂及纳米石墨烯分散液混合并分散，加入纳米材料杂化有机物乳液，分散，消泡，调节粘度，过滤，包装入库。本发明所制备的锈固化涂料附着力高，耐腐蚀性强，耐磨性、抗潮湿性能、抗盐雾性能、延展性、耐冲击性与耐热性能优异，能有效的固定铁锈，提高涂层的耐磨性、抗压性、致密性和抗渗性，且有优异的储存稳定性和长效性。

Description

一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工领域，涉及一种锈固化涂料及其制备方法，尤其涉及一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法。

背景技术

生锈是一种化学反应，本质上是金属的氧化反应。最常见的生锈现象是铁制品长期暴露在空气中和氧气发生了氧化反应，或者是被水中的氧元素侵蚀成为氧化物，全球每年由于金属腐蚀造成金属制品不能继续使用的量相当于全球金属年产量的1/3，不但浪费了大量的公共资源，而且对工业生产带来了一系列的恶性问题，因此防腐除锈，维护生产、生活的设备、设施，延长设备、设施的良性运行寿命意义重大。

当前的防腐除锈工艺大致有以下几种：抛丸除锈，喷砂、喷丸除锈，高压水柱冲洗除锈，化学除锈和人工除锈，但以上方法都存在着无法彻底除锈、对环境造成污染、对金属本身造成损害，成本较高且费时费力的缺点；

为此，本领域技术人员常使用锈固化涂料对设备、设施进行表面处理，但目前市场上所使用的锈固化涂料品种有限且对操作的要求很高，在使用过程中如果掌握不好锈固化涂料的用量不但不能起到很好的防锈效果，反而会加速生锈的过程，而且需要先将铁锈除去才能进行喷涂，因此造成了施工上的很大困难，此外，目前效果明显的锈固化涂料都有很大的毒性，对环境和人体损害较大，不符合环保的要求，所以急切需要研发一种新型无污染、效果良好且施工便利的锈固化涂料。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法，本发明采用如下技术方案：

一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，以100重量份计，包括如下重量份的原料：无机纳米材料杂化有机乳液45-50份、纳米石墨烯0.1-1.0份、主转化剂25-35份、植物提取酸1-5份、无机酸3-8份、润湿分散剂0.1-0.5 份、附着力促进剂0.5-1份、渗透剂0.1-0.5份、偶联剂0.1-0.5份、杀菌防腐剂0.1-0.3份、防闪锈剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-0.3份，余量为去离子水。

本发明的有益效果是：本发明所制备的锈固化涂料附着力高，耐腐蚀性强，耐磨性、抗潮湿性能、抗盐雾性能、延展性、耐冲击性与耐热性能优异，能有效的固定铁锈，提高涂层的耐磨性、抗压性、致密性和抗渗性，且有优异的储存稳定性和长效性。

进一步，无机纳米材料杂化有机乳液为纳米SiO₂杂化纯丙乳液，纳米ZnO 杂化硅丙乳液，纳米ZnO杂化纯丙乳液，纳米TiO₂杂化乳液，纳米Al₂O₃杂化聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，纳米CaCO₃杂化乳液，纳米CuO杂化乳液的任一种或几种的混合，优选为纳米SiO₂杂化纯丙乳液、纳米ZnO杂化纯丙乳液和纳米CuO杂化乳液中的任一种或几种的混合；

无机纳米材料杂化有机乳液具有优异的耐化学腐蚀性、抗腐蚀介质渗透性，并且具备附着力强、耐高温、抗热震性能好、低线膨胀系数、抗老化性能优异的特性，加入无机纳米材料杂化有机乳液的锈固化涂料耐腐蚀性强，分子链上的众多官能团可于固化时形成-高密度交联网，从而提高涂层防化学渗透性，同时接入特殊基团，可提高与金属之间的键联或与非金属形成“铆钉式”结构，大幅度提高其附着力，其中，纳米SiO₂杂化纯丙乳液可有效的增强涂料的强度，纳米ZnO杂化纯丙乳液和纳米CuO杂化乳液能杀灭涂料中的微生物使得涂料能长时间的保存。

防腐性纳米石墨烯具有良好的导电性能、较高的比表面积及超薄的片层，将石墨烯用作金属防护涂层，可以防止其与腐蚀性或氧化性的介质接触，对基底材料起到良好的防护作用；同时，石墨烯还能对镀层金属起到钝化作用，进一步提高其耐蚀性能，另外，金属材料常用的聚合物涂层容易被刮坏，而石墨烯优良的机械性能和摩擦学性能可以提高材料的减摩、抗磨性能，石墨烯超轻、超薄的特性也使其对基底金属无任何影响。

主转化剂可以为苹果酸、山梨酸、肌醇六磷酸、白桦脂酸、没食子酸、单宁酸、科罗索酸、亚麻酸、鞣酸的任一种；

植物提取酸可以为柠檬酸、乳酸、醋酸、草酸、苦味酸、马来酸、酒石酸、葡萄糖酸的任一种；

无机酸可以为甲酸、乙酸、磷酸、氢氟酸、偏磷酸、高锰酸、高铁酸、氟硅酸、溴酸的任一种；

主转化剂和植物提取酸、无机酸发挥协同作用，与铁锈发生化学反应生产植物酸铁，能有效的固定铁锈。

润湿分散剂可以为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、油酸酰、液体石蜡、聚乙烯蜡、聚乙二醇200或聚乙二醇400的任一种；

润湿分散剂具有卓越的润湿、分散能力和良好的防水性，可显著提高涂料的强度和储存稳定性并改善涂料的润滑性和热稳定性。

附着力促进剂可以为含羟基、羧基、醚键或氯代树脂、磺酰氨基的溶剂型树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂的任一种；

附着力促进剂具有高强的附着力、胶着力与键结力，能大大提高油漆面漆和底漆之间的层间附着力，能明显改善涂膜的抗潮湿性能、抗盐雾性能、延展性、耐冲击性与耐热性能，且在油漆和涂料体系内具有优异的储存稳定性和长效性。

渗透剂可以为硫酸化蓖麻油、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、α-烯基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、胰加漂T、氨基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚的任一种；

渗透剂有极好的附着力，渗透力，干燥快，耐磨性强，并有很好的抗化学性及耐水性，通过有效渗透，与铁锈中的成分发生作用，使铁锈的各成分固化成一个坚固实体，并阻塞了铁锈的各大小细孔，得到一个无尘致密的整体，从而提高铁锈的耐磨性、抗压性、致密性和抗渗性。

偶联剂可以为KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171的任一种；

偶联剂含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中，可以有效改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的物理性能、电性能、热性能和光性能。

杀菌防腐剂可以为NordesC15杀菌防腐剂、Nordes EPW、道维希尔-75、 1，2-苯并异噻唑啉-3-酮的任一种或几种的混合；

杀菌防腐剂可以确保涂料不会因生物影响而变质，在保质期内有效保证涂料质量。

防闪锈剂可以为CH07A、CK16、Halox550、FA179、Raybo60、Flash-X150 的任一种。消泡剂可以为：THIX-278、THIX-108、HD-201、GPE-20、Y-630、 Y-623的任一种或几种的混合。

发明人意外发现，本发明所制备的锈固化涂料在喷涂时能有效的通过金属表面的漆膜层渗透至金属层，与生锈位置的铁锈发生络合反应生成黑色产物，使得漆膜表面显现黑色，也就是说，当漆膜下层的铁质生锈时，表面漆膜层外观完整时，可以通过涂刷本发明锈固化涂料在漆膜层上即可以有效的检验设备漆膜层下方的铁质材料是否有铁锈形成。

本发明还提供一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)将去离子水、润湿分散剂和纳米石墨烯按重量份比例混合并分散，然后超声波分散，制备纳米石墨烯分散液；

步骤2)将主转化剂、植物提取酸、无机酸、润湿分散剂、附着力促进剂、防闪锈剂、渗透剂按重量份比例混合并分散均匀，得到混合溶液；

步骤3)将所述混合溶液进行砂磨，至粒径为0.04-40nm，并且能保持长期稳定地悬浮在体系中；

步骤4)把(1)和(3)的产品，以及偶联剂按重量份比例混合并分散；

步骤5)在分散好的颜料浆中按重量份比例加入纳米材料杂化有机物乳液，充分分散，按重量份比例加入消泡剂消泡，最后调节粘度至以涂-4杯测试粘度为15-20s，过滤，包装入库。

本发明制备方法的有益效果是：本发明的制备工艺简单，成本低，所制备的锈固化涂料性能高，施工方便。

进一步，本发明中步骤1)中的分散为在5000rpm的转速下分散30min；超声波分散的时间为60min；步骤2)中的分散为在1500rpm的转速下分散 60min；步骤3)中砂磨的时间为60min；步骤4)中的分散为在20000rpm的转速下分散10min；步骤5)中的充分分散为在120rpm的转速下分散10min。

采用上述进一步的有益效果是：使得锈固化涂料各组分得到充分的混合分散。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例采用的纳米SiO₂杂化纯丙乳液，纳米ZnO杂化硅丙乳液，纳米ZnO杂化纯丙乳液，纳米TiO₂杂化乳液，纳米Al₂O₃杂化聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，纳米CaCO₃杂化乳液，纳米CuO杂化乳液均可以为上海科凝防水防腐工程有限公司所生产的产品。

实施例1

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米SiO₂杂化纯丙乳液45g、纳米石墨烯0.1g、苹果酸25g、柠檬酸1g、甲酸3g、乙烯基双硬脂酰胺0.1g、为含羟基的溶剂型树脂0.5g、硫酸化蓖麻油0.1g、KH550 0.1g、NordesC15杀菌防腐剂0.1g、CH07A0.1g、THIX-2780.1g和去离子水 30g。

实施例2

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米ZnO杂化硅丙乳液50g、纳米石墨烯1.0g、山梨酸35g、乳酸5g、乙酸8g、硬脂酸单甘油酯0.5g、含羧基的溶剂型树脂1g、烷基磺酸钠0.5g、KH5600.5g、Nordes EPW0.3g、CK160.5g、THIX-1080.3g和去离子水15g。

实施例3

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米ZnO杂化纯丙乳液50g、纳米石墨烯1.0g、肌醇六磷酸30g、醋酸3g、磷酸5g、三硬脂酸甘油酯0.3g、含醚键的溶剂型树脂0.7g、烷基苯磺酸钠0.2g、KH5700.3g、道维希尔-750.2g、Halox5500.5g、HD-2010.3g和去离子水20g。

实施例4

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米TiO₂杂化乳液48g、纳米石墨烯0.7g、白桦脂酸28g、草酸3g、氢氟酸7g、油酸酰0.3g、含氯代树脂的溶剂型树脂0.8g、烷基硫酸酯钠0.4g、KH7920.3g、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮0.2g、FA1790.4g、GPE-200.2g和去离子水45g。

实施例5

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米Al₂O₃杂化聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液50g、纳米石墨烯0.5g、没食子酸32g、苦味酸4g、偏磷酸8g、聚乙二醇2000.2g、含氯代树脂的溶剂型树脂0.6g、仲烷基磺酸钠0.3g、DL6020.5g、Nordes EPW0.1g、Raybo600.4g、HD-2010.1g和去离子水10g。

实施例6

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米CaCO₃杂化乳液45g、纳米石墨烯1.0g、单宁酸35g、马来酸5g、高锰酸3g、聚乙二醇 4000.1g、含磺酰氨基的溶剂型树脂1g、仲烷基硫酸酯钠0.4g、DL1710.3g、道维希尔-750.3g、Flash-X1500.1g、HD-2010.3g和去离子水15g。

实施例7

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米CuO杂化乳液50g、纳米石墨烯0.6g、科罗索酸33g、酒石酸4g、高铁酸4g、聚乙烯蜡0.5g、硅烷偶联剂0.7g、α-烯基磺酸钠0.5g、DL1710.1g、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮0.3g、Flash-X1500.5g、THIX-1080.1g和去离子水9g。

实施例8

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米SiO₂杂化纯丙乳液50g、纳米石墨烯0.1g、亚麻酸35g、葡萄糖酸1g、氟硅酸8g、聚乙二醇4000.1g、钛酸酯偶联剂1g、烷基萘磺酸钠0.1g、KH5700.5g、液体石蜡0.1g、CK160.5g、NordesC15杀菌防腐剂0.1g和去离子水7g。

实施例9

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米SiO₂杂化纯丙乳液、纳米ZnO杂化纯丙乳液和纳米CuO杂化乳液以1:1：1的质量比复配的混合物48g、纳米石墨烯0.5g、鞣酸25g、乳酸4g、溴酸7g、硬脂酸单甘油酯0.4g、钛酸酯偶联剂0.8g、琥珀酸烷基酯磺酸钠0.4g、KH5600.1g、 Nordes EPW0.2g、Halox5500.3g、HD-2010.3g和去离子水41g。

实施例10

高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，包括如下重量份的原料：纳米SiO₂杂化纯丙乳液和纳米ZnO杂化纯丙乳液以1:1的质量比复配的混合物45g、纳米石墨烯1.0g、科罗索酸25g、苦味酸5g、偏磷酸3g、聚乙二醇2000.4g、烷基酚聚氧乙烯醚0.4g、KH5600.3g、NordesEPW0.3g、FA1790.2g、GPE-200.2g 和去离子水50g。

实施例11

上述实施例1-10中的锈固化涂料通过以下步骤制备：

步骤1)将去离子水、润湿分散剂和纳米石墨烯按重量份比例混合并在 5000rpm的转速下分散30min，然后超声波分散为60min，制备纳米石墨烯分散液。

步骤2)将主转化剂、植物提取酸、无机酸、润湿分散剂、附着力促进剂、防闪锈剂、渗透剂按重量份比例混合并在1500rpm的转速下分散60min，得到混合溶液；

步骤3)将所述混合溶液进行砂磨60min，使其能达到本身的初级粒子，并且能保持长期稳定地悬浮在体系中。

步骤4)把(1)和(3)的产品，以及偶联剂按重量份比例混合并在20000rpm 的转速下分散10min，

步骤5)在分散好的颜料浆中按重量份比例加入纳米材料杂化有机物乳液，在120rpm的转速下分散10min，按重量份比例加入消泡剂消泡，最后调节粘度，过滤，包装入库。

对比例1

将环氧树脂加入溶剂与乙醇的混合溶剂中,搅拌至全部溶解同时升温至 60℃,缓慢滴加磷酸,反应1.0h后,得到组分A；将磷酸升温至40℃,在不断搅拌下加入乙醇、柠檬酸、钼酸钠和磷酸二氢钠,搅拌反应2h,自然冷却得到组分B；将上述制得的组分A,B混合均匀后加入沥青清漆、渗透剂、助剂和炭黑, 升温至60℃反应5h后,即得锈固化涂料。

性能检测

取实施例1-10及对比例1所制备的锈固化涂料进行性能检测，检测指标及结果见表1。

耐盐雾：测试指标

表1实施例1-10锈固化涂料及对比例1涂料性能检测结果

由上表1可知本发明所制备的锈固化涂料附着力高，耐腐蚀性强，耐磨性、抗潮湿性能、抗盐雾性能、延展性、耐冲击性与耐热性能优异。

上述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做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。

Claims (10)

1.一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，以100重量份计，包括如下重量份的原料：无机纳米材料杂化有机乳液45-50份、纳米石墨烯0.1-1.0份、主转化剂25-35份、植物提取酸1-5份、无机酸3-8份、润湿分散剂0.1-0.5份、附着力促进剂0.5-1份、渗透剂0.1-0.5份、偶联剂0.1-0.5份、杀菌防腐剂0.1-0.3份、防闪锈剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-0.3份，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述无机纳米材料杂化有机乳液为纳米SiO₂杂化纯丙乳液，纳米ZnO杂化硅丙乳液，纳米ZnO杂化纯丙乳液，纳米TiO₂杂化乳液，纳米Al₂O₃杂化聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，纳米CaCO₃杂化乳液，纳米CuO杂化乳液的任一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述主转化剂为苹果酸、山梨酸、肌醇六磷酸、白桦脂酸、没食子酸、单宁酸、科罗索酸、亚麻酸、鞣酸的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述植物提取酸为柠檬酸、乳酸、醋酸、草酸、苦味酸、马来酸、酒石酸、葡萄糖酸的任一种；

所述无机酸为甲酸、乙酸、磷酸、氢氟酸、偏磷酸、高锰酸、高铁酸、氟硅酸、溴酸的任一种。

5.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、油酸酰、液体石蜡、聚乙烯蜡、聚乙二醇200或聚乙二醇400的任一种。

6.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述附着力促进剂为含羟基、羧基、醚键或氯代树脂、磺酰氨基的溶剂型树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂的任一种。

7.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述渗透剂为硫酸化蓖麻油、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、仲烷基磺酸钠、仲烷基硫酸酯钠、α-烯基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、琥珀酸烷基酯磺酸钠、胰加漂T、氨基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚醚的任一种。

8.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述偶联剂为KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171的任一种。

9.根据权利要求1所述的一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料，其特征在于，所述杀菌防腐剂为NordesC15杀菌防腐剂、Nordes EPW、道维希尔-75、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮的任一种或几种的混合。

10.一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)将去离子水、润湿分散剂和纳米石墨烯按重量份比例混合并分散，然后超声波分散，制备纳米石墨烯分散液；

步骤2)将主转化剂、植物提取酸、无机酸、润湿分散剂、附着力促进剂、防闪锈剂、渗透剂按重量份比例混合并分散均匀，得到混合溶液；

步骤3)将所述混合溶液进行砂磨，至粒径为0.04-40nm，且能保持长期稳定地悬浮在体系中；

步骤4)将步骤1)和步骤3)所制备的产品，以及偶联剂按重量份比例混合并分散；

步骤5)在分散好的颜料浆中按重量份比例加入纳米材料杂化有机物乳液，充分分散，按重量份比例加入消泡剂消泡，最后调节粘度至以涂-4杯测试粘度为15-20s，过滤，包装入库。