CN108659673A - 一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢筋防腐金属领域，具体公开了一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，包括钢筋以及粘附在钢筋表面的防腐涂层，所述的防腐涂层由水性环氧防锈涂料固化得到：水性环氧防锈涂料包含A组分、B组分和C组分，其中，A组分包含水性环氧树脂乳液、流平剂、消泡剂、润湿分散剂、水性偶联剂a和石墨烯；B组分包含固化剂、防沉触变剂和水性偶联剂b；C组分为防腐填料，其为稀土物料、复合铁钛粉、锌粉和铝粉的混合料；各组分的粒径大小为：复合铁钛粉≥锌粉≥铝粉>稀土物料。本发明制得的水性环氧涂层钢筋不仅环保，防腐性能好，且施工便捷，可用于修补缺陷。

Description

一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋及其制备方法
技术领域：
本发明属于钢材防腐技术领域，具体涉及一种水性环氧涂层钢筋。
背景技术：
钢筋混凝土结构是工程中运用最为广泛、兼具经济性和耐久性的材料。混凝土内的碱性环境可以极好地保护钢筋，但是当混凝土开裂或者中性化，混凝土中的钢筋极易发生锈蚀，从而影响整个结构的承载性能和耐久性。钢筋腐蚀给工程带来巨大的经济损失和安全隐患，采用涂层钢筋是目前工程中实用、有效得方法的方法之一。
环氧树脂涂料广泛于建筑领域，目前涂层钢筋主要采用静电喷涂环氧树脂粉末的施工方法，该方法对施工设备和施工有较高要求，同时环氧树脂涂层钢筋在施工与使用过程中会遇到涂层易破损、难加工等问题，破损缺陷点的出现会极大影响结构耐久性，采用这种方法在修复涂层破损缺陷时较为繁琐。
为了解决这些技术问题，现有文献中也公开了一些解决方法。例如，公开号为CN203221678U的中国专利文献公开了一种底层锌层和面层环氧涂层粘合在一起组成的锌、环氧双涂层钢筋，克服了涂层损坏和漏涂微孔所引起的不良影响，锌层的增加则起到了机械屏蔽和阴极保护联合作用，但其施工较为繁琐，涂层厚度较大、可加工性较差。
例如，公开号为CN105176309B的中国专利文献公开了一种涂层钢筋及其制备方法，由环氧树脂20-35％、氨基丙基三乙氧基硅烷30-50％、正硅酸乙酯12-25％、无水乙醇12-25％配置而成，采用喷涂涂层形成，施工便捷，增强了涂层钢筋的硬度和耐蚀性。但其采用有机溶剂，对环境影响较大。
综上所述，现有文献报道的这些方法，虽然对传统静电喷涂环氧树脂粉末的易破损、耐腐蚀性较弱、粘结强度不足、施工不便捷等方面具有一定的改善，但仍然存在防腐性能不稳定、附着力不高、环境污染等问题。
发明内容：
为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋(本发明也简称涂层钢筋)，旨在提供一种性能优异、施工便捷的钢筋防护涂料。
本发明的第二目的在于，提供一种所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋的制备方法。
一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，包括钢筋以及粘附在钢筋表面的防腐涂层：所述的防腐涂层由水性环氧防锈涂料固化得到：
所述的水性环氧防锈涂料(本发明也简称为防锈涂料或涂料)包含A组分、B组分和C组分；
其中，A组分包含水性环氧树脂乳液、流平剂、消泡剂、润湿分散剂、水性偶联剂a和石墨烯；
B组分包含固化剂、防沉触变剂和水性偶联剂b；
C组分为防腐填料，其为稀土物料、复合铁钛粉、锌粉和铝粉的混合料；各组分的粒径大小为：复合铁钛粉≥锌粉≥铝粉>稀土物料。
本发明人研究发现，通过所述水性环氧防腐涂料各组分的协同配合，特别是不同粒径级配的防腐填料的使用，可有助于解决现有技术存在的防腐性能较差的技术问题；可以出人意料地在保持低防腐填料比例的同时还协同提升在钢筋表面固化形成的防腐涂料的耐腐蚀性能，提升涂层钢筋的耐盐雾性能；不仅如此，通过本发明固化形成的防腐涂层和钢筋表面的粘附力更强，结构更完整，不易破碎，结构耐久性更优。此外，本发明所述的防腐涂料还具有优异的力学性能和可加工性性。
本发明的创新在于所述的防腐涂料的组分，更主要地在于创新地采用包含所述四种物料的防腐填料。此外，再配合石墨烯以及本发明的A组分、B组分和C组分的设置方式，可进一步协同提升得到的涂层钢筋的耐腐蚀性能。
研究发现，对防腐填料的物料种类、形貌、粒径、质量比进行控制，可进一步提升该防腐填料与其他组分的协同效果，进而，有助于进一步明显提升得到的涂层钢筋的耐腐蚀性能等各项性能。
本发明中，创新地在所述的防腐填料中添加稀土物料。稀土物料与其他防腐填料粒径级配，不仅能充分润湿分散于防腐涂料中，各防腐涂料之间还具有一定的颗粒级配梯度，能够互相填充孔隙，各种防腐组分协同使用表现出远超单一防腐填料的耐腐蚀性能，并可以使涂层更加密实，有效减少涂层孔隙，改善涂层力学性能。此外，其与树脂反应可以得到键能极强的化合物，提高防腐涂层的耐腐蚀性能。
作为优选，所述的稀土物料为稀土元素的单质、氧化物、复合盐或者稀土合金粉。
作为优选，所述的稀土元素为镧、铈、镨、钕中的至少一种。
也即是，所述的稀土物料优选为镧、铈、镨、钕中至少一种元素的单质、氧化物复合盐或者合金粉。
进一步优选，所述的稀土物料为稀土元素的磷酸盐。
最优选，所述的稀土物料镧铈复合磷酸盐。
作为优选，所述的稀土物料为微米级粉末；进一步优选，所述的稀土物料的粒径为1-3μm。
所述的复合铁钛粉可以采用行业内所熟知的物料，优选采用纳米改性复合磷酸盐类复合铁钛粉。其中的磷酸根和防腐填料中的其他组分协同配合，可在钢材表明形成致密的氧化膜，能够隔绝水、空气及腐蚀介质，增强钢材的耐腐蚀性能。
作为优选，所述的复合铁钛粉的粒径为300-500目；进一步优选为400-500目。
作为优选，所述的锌粉鳞片状锌粉。铝粉为鳞片状铝粉。采用鳞片状的锌粉和铝粉，和防腐填料中的其他成分的协同效果更优，有助于进一步提升防腐涂层的耐盐雾性能、耐酸碱等性能。
作为优选，锌粉粒径为500-1200目。
进一步优选，锌粉为500-800目、800-1000目、1000-1200目重量份比为(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)的具有一定粒径梯度的锌粉混合物。各防腐涂料之间形成一定的颗粒级配梯度，能够互相填充孔隙，使填料分散更好，涂层更加致密。
进一步优选，锌粉粒径为700～800目、900-1000目、1100-1200目的混合料。
进一步优选，锌粉粒径为800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径锌粉的混合物。
铝粉的粒径优选为1000-1500目。
作为优选，铝粉的粒径为1100-1300目；进一步优选为1200目。
本发明创新性地同时使用纳米级石墨烯、400-500目复合铁钛粉、具有一定粒径梯度的锌粉混合物(质量比为(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)的700-800目、900-1000目、1100-1200)的混合锌粉)、1200-1300目铝粉以及所述1-3μm粒径的稀土原料，如此形成防腐填料的颗粒级配梯度，进一步提升协同防腐性能，提升防腐涂层的耐盐雾等性能。
本发明人研究还发现，除通过合适形貌、粒径的锌粉和铝粉的颗粒级配，对防腐填料中的各组分的比例进行调控，可进一步提升得到的防腐涂层的性能，有助于改善其耐盐雾性能等性能。
作为优选，锌粉、铝粉、稀土原料、复合铁钛粉的质量比为28～42∶8～12∶1.5～2.4∶4～6；进一步优选为28～32∶8～9∶1.6～1.8∶4～4.5；最优选为17.5∶5∶1∶2.5。控制在该比例下，配合于组分的形貌以及组分，可进一步提升得到的防腐涂层的性能，有助于改善其耐盐雾性能等性能。
本发明采用水性环氧树脂，相对于传统涂料较少了溶剂的挥发，更加环保。
作为优选，所述的水性环氧树脂乳液的环氧值为0.19-0.25mol/100g，固含量约为48-52％；采用该环氧当量的水性环氧树脂，配合本发明创新点防腐填料，可进一步协同提升得到的水性环氧防腐涂料的性能。
进一步优选，所述的水性环氧树脂为长治市鑫森装饰装潢有限公司提供的H-5150。
所述的消泡剂可采用本领域技术人员所公知的物料，优选为水性聚硅氧烷消泡剂和水性硅酮类消泡剂按重量配比5∶1比例制备的混合消泡剂。
作为优选，所述的石墨烯优选比表面积大于15m2/g的薄层石墨烯或者单层石墨烯。采用该优选比表面积的石墨烯，和本发明的防腐填料协同，除改善防腐性能外，还可提升防腐涂料的热稳定性、化学稳定性以及优异的抗渗透性。
作为优选，所述的石墨烯为单层石墨烯。
作为优选，所述的流平剂可采用本领域技术人员所公知的物料，优选为表面活性低分子量聚合物的混合物；进一步优选为BYK ETOL-WS。
作为优选，所述的润湿分散剂可采用本领域技术人员所公知的物料，优选为含颜料亲和团的高分子量嵌段共聚物溶液，进一步优选为BYK-190。
作为优选，所述的防沉触变剂可采用本领域技术人员所公知的物料，优选为亲水型纳米级气相二氧化硅，进一步优选为德固赛气相二氧化硅A200。
作为优选，A组分各组分的重量比为：
作为优选，所述的水性偶联剂a和水性偶联剂b可采用本领域技术人员所公知的物料，独自优选为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂按质量比1∶1比例混合的混合物。
作为优选，所述的防沉触变剂可采用本领域技术人员所公知的物料，优选为纳米级气相二氧化硅。
作为优选，所述的固化剂可采用本领域技术人员所公知的用于水性环氧树脂固话的物料，优选为改性多元胺固化剂，由水性改性脂肪胺和水性聚酰胺配制而成，活泼氢当量145-160g/mol，固含量约为78-82％。
作为优选，B组分的重量比为：
固化剂 7-9
防沉触变剂 0.4-0.6
水性偶联剂b 0.1-0.2。
作为优选，A组分、B组分和C组分的质量比为(68.22～79.6)∶(20.4～26)∶(4～8)。
所述的防锈涂料中，A组分的百分含量为68.22～79.6wt％；B组分的百分含量为20.4～26wt％；C组分的百分含量为4～8wt％。
更进一步优选，所述的水性环氧防腐涂料由A、B、C两个组分配制而成：
所述A组分由以下原料按重量比配制而成：
所述B组分由以下原料按重量比配制而成：
固化剂 20-25
防沉触变剂 0.3-0.6
水性偶联剂 0.1-0.4
所述C组分由以下原料按重量比配制而成：
防腐填料 4-8
本发明提供的涂层钢筋较普通涂层钢筋更加环保，同时兼具良好的防腐性能、力学性能和可加工性能。本发明中，通过石墨烯改性、采用不同防锈填料代替锌粉等方法减少锌粉的用量，能避免锌粉含量过高导致涂层可加工性能降低。使用水性环氧树脂较少溶剂挥发，使涂料更加环保。
本发明还提供了一种所述的水性环氧涂层钢筋的制备方法，包括：
步骤1：制备聚乙烯吡咯烷酮溶液，加入石墨烯与水性偶联剂a，在冰水浴中超声分散后静置、离心，取上清液，得到石墨烯分散液；
步骤2：向石墨烯分散液中加入水性环氧树脂乳液得混合液，随后加入消泡剂、润湿分散剂、流平剂，拌和得A组分；
步骤3：在搅拌下，在改性多元胺固化剂中依次加入防沉触变剂、水性偶联剂b，拌和得到B组分。
步骤4：将锌粉、铝粉、稀土粉，复合铁钛粉混合，混合得C组分。
步骤5：施工时，将A、B、C三组分按比例混合均匀后加入适量水调节粘度即可。
步骤6：采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
进一步优选，所述的制备方法中，步骤1：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液，加入适量石墨烯与水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液；
步骤2：向石墨烯分散液中加入水性环氧树脂乳液得混合液，常温下高速搅拌依次加入消泡剂、润湿分散剂、流平剂，高速搅拌30min，得到A组分；
步骤3：在高速搅拌下，在改性多元胺固化剂中依次加入防沉触变剂、水性偶联剂，高速搅拌30min，得到B组分。
步骤4：将锌粉、铝粉、稀土粉，复合铁钛粉混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
步骤5：施工时，将A、B、C三组分按比例混合均匀后加入适量水调节粘度即可。
步骤6：采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
本发明采用的复合铁钛粉优选为复合磷酸盐类；其磷酸根可在钢材表明形成致密的氧化膜，能够隔绝水、空气及腐蚀介质，增强钢材的耐腐蚀性能。另外，本发明中，通过纳米级石墨烯改性、以及不同粒度级配的微米级防锈填料代替锌粉等方法减少锌粉的用量，能避免锌粉含量过高导致涂层多孔、使涂层更加致密。在减少焊接切割时产生的氧化锌雾气的同时，不但保证涂层的防锈性能，而且提升涂层与钢结构表面间的附着力。
本发明具有的优点，
1、施工较传统静电喷涂环氧树脂粉末更加便捷，且能够用于修复缺陷。
2、用水代替挥发性有机溶剂，更加环保。
3、通过制备稳定的石墨烯分散液使石墨烯与水性环氧树脂更好地结合，增强了涂料的力学性能、防腐性能和可加工性能。
4、混合填料的加入增强了涂料的防腐性能、降低了涂层孔隙率，使涂层更加致密。
5、有效提高了涂层与基材的结合力。
具体实施方法
对以下实施例，除特别声明外，所选用的水性环氧树脂乳液为长治市鑫森装饰装潢有限公司提供的H-5150。
以下实施例以及对比例，除特别声明外，所述的水性环氧树脂固化剂(改性多元胺固化剂)长治市鑫森装饰装潢有限公司提供的G-602。
以下实施例以及对比例，除特别声明外，所述的镧铈复合磷酸盐购买自斯科特化学有限公司公司；
以下实施例以及对比例，除特别声明外，所述的复合铁钛粉购买自复合铁钛粉万达科技(无锡)有限公司公司；
以下实施例，除特别声明外，所述的锌粉为800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物；
所述的铝粉为1200目鳞片状铝粉；
所述的复合铁钛粉为500目，由万达科技(无锡)有限公司公司提供；
所述的稀土粉粒径1-3μm，由斯科特化学有限公司公司提供。
以下实施例以及对比例，除特别声明外，所述的流平剂为BYK ETOL-WS
消泡剂为BYK-020
润湿分散剂为BYK-190
水性偶联剂为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂按质量比1∶1比例混合的混合物
石墨烯为广州埃米石墨烯投资管理有限公司提供的薄层石墨烯N006-P。
防沉触变剂为德固赛气相二氧化硅A200。
实施例1
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向15ml石墨烯分散液中加入72.33g水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.50g消泡剂、1.50g润湿分散剂、1.0g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在23.29g改性多元胺固化剂(G-602)中依次加入、0.6防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.226稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.566g复合铁钛粉(粒径500目)、3.962g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.245g铝(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
将A、B、C组分充分混合即制得本发明涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
实施例2
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、5.283g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本发明涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
实施例3
制备100g涂料，石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向25ml石墨烯分散液中加入67.76g水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.40g润湿分散剂、0.94g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在21.82g改性多元胺固化剂中依次加入、0.6防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.377稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.943g复合铁钛粉(粒径500目)、6.604g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、2.075g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
将A、B、C组分充分混合即制得本发明涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例1
和实施例2相比，区别主要在于，采用的防腐填料为鳞片状的单一锌粉，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将8.0g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例2
和实施例2相比，区别主要在于，采用的锌粉为300目球状锌粉替换所述的不同粒径级配的锌，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、5.283g锌粉(300目球状)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例3：
和实施例2相比，区别主要在于，未对涂料进行石墨烯改性(未添加石墨烯)：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、5.283g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例4：
和实施例2相比，区别主要在于，采用的铝粉为500目球状铝粉，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、5.283g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径500目，球状)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例5：
和实施例2相比，区别主要在于，稀土粉采用锌粉代替(未添加稀土粉)，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、5.585g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例6：
和实施例2相比，区别主要在于，复合铁钛粉采用锌粉替代，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、6.038g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例7：
和实施例2相比，区别主要在于，铝粉采用锌粉替代，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.302稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.755g复合铁钛粉(粒径500目)、6.943g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例8：
和实施例2相比，区别主要在于，防腐填料仅采用铝粉和锌粉，复合铁钛粉和稀土粉采用锌粉替代，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将5.66lg锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、1.660g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
对比例9：
和实施例2相比，区别主要在于，将四种防腐填料的比例调整为稀土粉∶复合铁钛粉∶锌粉∶铝粉以3∶3∶17∶3，具体操作方案如下：
制备100g涂料
石墨烯分散液：制备10mg/ml聚乙烯吡咯烷酮溶液100ml，加入0.2g石墨烯和0.2g水性偶联剂，在冰水浴中超声分散12小时，静置24小时后，高速离心60min，取上清液，得到石墨烯分散液。
向20ml石墨烯分散液中加入68.69水性环氧树脂乳液得混合液，高速搅拌下依次加入0.47g消泡剂、1.42g润湿分散剂、0.95g流平剂，高速搅拌30min，按实际需要加入真空蒸发过量水或者加入适量水稀释得到A组分。
在高速搅拌下，在22.12g改性多元胺固化剂中依次加入、0.4防沉触变剂，0.2g水性偶联剂，高速搅拌30min得到B组分。
将0.923稀土粉(镧铈复合磷酸盐粒径1-3μm)、0.923g复合铁钛粉(粒径500目)、5.231g锌粉(800目、1000目、1200目重量份比为1∶1∶1不同粒径鳞片状锌粉的混合物)、0.923g铝粉(粒径1200目，鳞片状铝粉)混合，高速搅拌分散30分钟C组分。
A、B、C组分充分混合即制得本对比例涂料。采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um。除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污。在经过处理后的钢筋表面涂覆涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，得到涂层钢筋。
表1
从表1可以看出，本发明的配方具有极好的附着力和耐腐蚀性能。通本发明方法对水性环氧钢筋防腐涂料进行改性，可以增强其附着力和耐盐雾性能。在防腐填料比例为稀土粉、复合铁钛粉、锌粉、铝粉1∶2.5∶17.5∶5时，控制在该比例下，配合组分的形貌，可提升水性涂层钢筋的耐腐蚀、可加工性和其他力学性能。石墨烯的改性使本发明水性防腐涂层在力学性能和防腐能力进一步提高。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，包括钢筋以及粘附在钢筋表面的防腐涂层，所述的防腐涂层由水性环氧防锈涂料固化得到：
所述的水性环氧防锈涂料包含A组分、B组分和C组分；
其中，A组分包含水性环氧树脂乳液、流平剂、消泡剂、润湿分散剂、水性偶联剂a和石墨烯；
B组分包含固化剂、防沉触变剂和水性偶联剂b；
C组分为防腐填料，其为稀土物料、复合铁钛粉、锌粉和铝粉的混合料；各组分的粒径大小为：复合铁钛粉≥锌粉≥铝粉>稀土物料。
2.如权利要求1所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，所述的稀土物料为稀土元素的单质、氧化物、复合盐或者稀土合金粉；
稀土元素优选为镧、铈、镨、钕中的至少一种；
进一步优选，所述的稀土物料为镧铈复合磷酸盐；
所述的复合铁钛粉为纳米改性复合铁钛粉，优选复合磷酸盐类复合铁钛粉；
所述的锌粉为鳞片状锌粉；
铝粉为鳞片状铝粉。
3.如权利要求1或2所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，
所述的稀土物料的粒径为1-3μm；
所述的复合铁钛粉的粒径优选为300-500目；
所述的锌粉的粒径为500-1200目；
铝粉的粒径优选为1000-1500目。
4.如权利要求3所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，所述的锌粉为重量份比为(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)∶(0.8-1.2)的500-800目、800-1000目、1000-1200目锌粉混合物。
5.如权利要求1～4任一项所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，防腐填料中，锌粉、铝粉、稀土原料、复合铁钛粉的质量比为28～42∶8～12∶1.5～2.4∶4～6；进一步优选为28～32∶8～9∶1.6～1.8∶4～4.5；最优选为17.5∶5∶1∶2.5。
6.如权利要求1～5任一项所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，所述的水性环氧树脂乳液的环氧值为0.19-0.25 mol/100g，固含量约为48-52％；
消泡剂为水性聚硅氧烷消泡剂和水性硅酮类消泡剂按重量配比5∶1比例制备的混合消泡剂；
石墨烯为比表面积大于15m2/g的薄层石墨烯或者单层石墨烯；
流平剂为表面活性低分子量聚合物的混合物；
润湿分散剂为含颜料亲和团的高分子量嵌段共聚物溶液；
防沉触变剂为亲水型纳米级气相二氧化硅；
A组分各组分的重量比为：
7.如权利要求1所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，水性偶联剂a和水性偶联剂b独自为钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂按质量比1∶1比例混合的混合物；
固化剂为改性多元胺固化剂，由水性改性脂肪胺和水性聚酰胺配制而成，活泼氢当量145-160g/mol，固含量约为78-82％。
8.如权利要求1或7所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，
B组分的重量比为：
固化剂 20-25
防沉触变剂 0.3-0.6
水性偶联剂b 0.1-0.4。
9.如权利要求1所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋，其特征在于，A组分、B组分和C组分的质量比为(68.22～79.6)∶(20.4～26)∶(4～8)。
10.如权利要求1～9任一项所述的石墨烯改性水性环氧涂层钢筋的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：制备聚乙烯吡咯烷酮溶液，加入石墨烯与水性偶联剂a，在冰水浴中超声分散后静置、离心，取上清液，得到石墨烯分散液；
步骤2：向石墨烯分散液中加入水性环氧树脂乳液得混合液，随后加入消泡剂、润湿分散剂、流平剂，拌和得A组分；
步骤3：在搅拌下，在改性多元胺固化剂中依次加入防沉触变剂、水性偶联剂b，拌和得到B组分；
步骤4：将锌粉、铝粉、稀土粉，复合铁钛粉混合，混合得C组分；
步骤5：施工时，将A、B、C三组分按比例混合均匀后加入适量水调节粘度，得所述的水性环氧防锈涂料；
步骤6：采用喷砂方法清理钢筋表面锈蚀并使钢筋表面粗糙度达到460-100um；除去表面灰尘并使用乙醇清洗钢筋表面的油污；在经过处理后的钢筋表面涂覆水性环氧防锈涂料，在相对湿度50％±5％、温度25℃±2℃的环境下固化成型，多次多道涂覆后得到涂层钢筋。
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