CN108948964A - 单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆及其制备方法，包括以下的原料：环氧树脂、锌粉、单壁碳纳米管、助剂、聚酰胺和有机溶剂。其制备方法：首先将环氧树脂做成溶解液；用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀；然后加入锌粉高速分散均匀，最后加入加强剂，调配成基料；将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀进行施工涂装。本发明降低了锌粉用量，降低了油漆比重，增加了油漆涂布率，大大增强了耐盐雾指标，有效提高了阴极保护功能。

Description

单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料类油漆领域，特别是涉及一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆及其制备方法。

背景技术

环氧富锌底漆良好的机械性能、阴极保护性能、施工性能，是当前国际上重防腐涂料体系中最常用的油漆之一， 能有效保护钢结构的腐蚀，它的防腐蚀作用是通过牺牲锌粉来达到的，其防腐蚀机理可以归纳为：

钢铁中的碳电极电位（0.02～0.3V）高于铁，腐蚀发生时Fe作为阳极失去电子转变为Fe2+，锌粉是一种高化学活性颜料，金属锌（Zn，-0.762V）电位低于铁，锌粒子与钢铁表面之间紧密接触，锌比铁活泼，电位比铁更负，环氧富锌底漆中锌牺牲阳极保护高电位阴极（Fe，-0.44V），阳极的Zn转变为Zn2+，Fe2+被还原成Fe，所以环氧有良好的阴极保护作用。

传统的环氧富锌底漆要有良好的阴极保作用，必须有足够多的锌粉才能互相堆积搭接才能形成导电通路。中国化学行业标准HG/T3668-2009中对环氧富锌底漆中金属锌含量和耐盐雾指标有明确的规定，分别有金属锌≥80%，耐盐雾≥200h、金属锌≥70%，耐盐雾≥400h、金属锌≥80%，耐盐雾≥600h三类，明显，锌粉含量高，耐盐雾抗阴极保护作用越好，然而锌粉添加量高、利用率低、厚涂层易开裂、腐蚀过程中起泡等是传统环氧富锌底漆固有的缺陷，目前金属锌资源越来越紧缺，环境保护的压力以及人们对防腐蚀性能的更高要求，传统的环氧富锌底漆在行业发展中没有更好的突破，而单壁碳纳米管的运用给环氧富锌产品带来了新的升级换代。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆及其制备方法，施工时基料和固化剂简单的直接混合均匀，有不低4h的施工适用期，而且漆膜金属锌含量一般，性能却极优异，远高于传统的环氧富锌底漆指标，比无机富锌底漆的防腐性能还好，却比无机富锌底漆容易施工，完全满足重防腐的应用要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：环氧树脂6.53~9.42%，锌粉53.8~65.6%，单壁碳纳米管0.01~0.03%，助剂4.01~6.39%，聚酰胺5.17~7.46%，有机溶剂为余量。

锌粉是一种高化学活性颜料，锌粉粒子之间，锌粒子之间，锌粒子与钢铁表面之间紧密接触，锌比铁活泼，电位比铁更负，所以，在电解质溶液中锌原子容易失去电子变成阳极，铁则成为阴极。在阳极区锌由于失去电子而被腐蚀掉，在阴极区钢铁表面不断得到电子，从而得到保护，因此，涂层即使局部遭到破坏，钢铁表面也不会遭到腐蚀，因为锌起到了牺牲阳极的作用。

单壁碳纳米管全部由碳原子构成，几何结构是由单层石墨烯卷曲而成，有着卓越的物理性能和化学性能，特别是出色的导电能力能赋予涂料特殊的功能性。当锌粉含量较低或树脂含量较高时，锌粉之间无法形成良好的导电通路，涂膜阴极保护作用变差，单壁碳纳米管优异的导电性能可以将这些不能紧密堆积的锌粉颗粒搭接起来形成一个完整的三维强化导电网络，可以有效提高锌粉的利用率，降低传统环氧富锌中的锌粉用量，使得涂层中无需大量的锌粉堆积也能使涂层中的锌粉整体发挥阴极保护作用。

在本发明一个较佳实施例中，所述的环氧树脂为半固体环氧树脂，半固体环氧树脂为E44、E42环氧树脂液中的至少一种。

在本发明一个较佳实施例中，所述的助剂包括防沉触变剂、分散润湿剂、增韧剂、加强剂和促进剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述的有机溶剂为苯类、醇类或酮类有机溶剂，对环氧树脂有良好的溶解性，能有效提高锌粉的分散润湿性，能提高施工性能，形成平整光滑的漆膜。

在本发明一个较佳实施例中，所述的有机溶剂为二甲苯、丁醇或环己酮中的至少一种。

在本发明一个较佳实施例中，所述的触变剂为有机膨润土、气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的至少一种。

在本发明一个较佳实施例中，所述的分散润湿剂为不饱和多元羧酸聚合物、含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物中的至少一种，润湿分散和稳定单壁碳纳米管和锌粉，加强剂为硅烷偶联剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述的增韧剂为非活性稀释剂，所述的非活性稀释剂为改性石油树脂、腰果壳油多元醇或腰果酚中的至少一种。

在本发明一个较佳实施例中，所述的促进剂为叔胺共硬化促进剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆的制备方法，包括以下步骤：

（1）首先将环氧树脂做成溶解液：加入环氧树脂和第一部分有机溶剂混合均匀得到环氧树脂溶解液；

（2）用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀至细度≤5μm，高速剪切分散的线速度为25~30m/s，分散时间为45~60min；

（3）然后加入锌粉高速分散均匀，以2500~3500 r/min转速搅拌，分散时间为45~60min，最后加入加强剂，以1000~2000 r/min转速搅拌，分散时间为5~10min，调配成基料；

（4）将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，在40~60℃，1000~2000 r/min转速搅拌下缓慢滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；

（5）施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀，再调至施工粘度，然后进行施工涂装。

环氧树脂溶解液粘度较固体树脂E20低，分子量小，润湿分散性好，单位重量所含官能团多，交联密度高，漆膜有优异的附着力和防腐性能。

在本发明一个较佳实施例中，第一部分有机溶剂、第二部分有机溶剂和第三部分有机溶剂的重量百分比含量的组成：第一部分有机溶剂12~16%，第二部分有机溶剂59~72%，第三部分有机溶剂16~25%。

在本发明一个较佳实施例中，第一部分环氧树脂溶解液和第二部分环氧树脂溶解液的重量百分比含量的组成：第一部分环氧树脂溶解液88~92%，第二部分环氧树脂溶解液8~12%。

本发明的有益效果是：本发明是一种重防腐涂料涂装配套体系的底漆，它有传统环氧富锌底漆的施工性能和漆膜机械性能，与传统溶剂型环氧富锌底漆相比降低了锌粉用量，降低了油漆比重，增加了油漆涂布率，最重要突出性是大大增强了耐盐雾指标，有效提高了阴极保护功能，具体优点和使用效果如下：

（1）施工简单：与传统环氧富锌底漆一样，两个液体组分混合均匀即可施工；

（2）适用期长：有不低于4小时的适用期；

（3）卓越的耐盐雾性能：漆膜按HG/T3668-2009型3类标准干膜金属锌含量≥60%，耐盐雾≥1200h；漆膜按HG/T3668-2009型2类标准干膜金属锌含量≥70%，耐盐雾≥3000h；

（4）超高的涂布率：比重低，相同质量下体积固含更高，体积固含达到65%以上；

（5）有机化合物排放少：体积固含高，VOC排放不高于350g/L；

（6）优良的机械性能：附着力、抗冲击、硬度、柔韧性等均佳；

（7）优异的施工性能：与其它溶剂型涂料一样，可采用刷、喷、滚、浸、辊等各种方法涂覆。

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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：环氧树脂9.42%，锌粉53.8%，单壁碳纳米管0.03%，助剂6.39%，聚酰胺7.46%，二甲苯有机溶剂为余量，所述的环氧树脂为E44环氧树脂液。

所述的助剂包括以下重量百分含量的组分：防沉触变剂70%，分散润湿剂3%，增韧剂20%，加强剂5%，促进剂为余量，所述的防沉触变剂为有机膨润土，所述的分散润湿剂为不饱和多元羧酸聚合物，加强剂为硅烷偶联剂，所述的增韧剂为改性石油树脂，所述的促进剂为叔胺共硬化促进剂。

所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）首先将环氧树脂做成溶解液：加入环氧树脂和第一部分有机溶剂混合均匀得到环氧树脂溶解液；

（2）用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀至细度为5μm，高速剪切分散的线速度为25m/s，分散时间为60min；

（3）然后加入锌粉高速分散均匀，以3500 r/min转速搅拌，分散时间为45min，最后加入加强剂，以2000 r/min转速搅拌，分散时间为5min，调配成基料；

（4）将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，在60℃，1000 r/min转速搅拌下缓慢滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；

（5）施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀，再调至施工粘度，然后进行施工涂装。

第一部分有机溶剂、第二部分有机溶剂和第三部分有机溶剂的重量百分比含量的组成：第一部分有机溶剂12%，第二部分有机溶剂72%，第三部分有机溶剂16%；第一部分环氧树脂溶解液和第二部分环氧树脂溶解液的重量百分比含量的组成：第一部分环氧树脂溶解液92%，第二部分环氧树脂溶解液8%。

实施例2

一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：环氧树脂6.53%，锌粉65.6%，单壁碳纳米管0.01%，助剂4.01%，聚酰胺5.17%，丁醇有机溶剂为余量，所述的环氧树脂为E42环氧树脂液。

所述的助剂包括以下重量百分含量的组分：防沉触变剂20%，分散润湿剂20%，增韧剂30%，加强剂20%，促进剂为余量，所述的防沉触变剂为气相二氧化硅，所述的分散润湿剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物，加强剂为硅烷偶联剂，所述的增韧剂为腰果壳油多元醇，所述的促进剂为叔胺共硬化促进剂。

所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）首先将环氧树脂做成溶解液：加入环氧树脂和第一部分有机溶剂混合均匀得到环氧树脂溶解液；

（2）用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀至细度为4μm，高速剪切分散的线速度为30m/s，分散时间为45min；

（3）然后加入锌粉高速分散均匀，以2500 r/min转速搅拌，分散时间为60min，最后加入加强剂，以1000 r/min转速搅拌，分散时间为5min，调配成基料；

（4）将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，在40℃，2000 r/min转速搅拌下缓慢滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；

（5）施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀，再调至施工粘度，然后进行施工涂装。

第一部分有机溶剂、第二部分有机溶剂和第三部分有机溶剂的重量百分比含量的组成：第一部分有机溶剂16%，第二部分有机溶剂59%，第三部分有机溶剂25%；第一部分环氧树脂溶解液和第二部分环氧树脂溶解液的重量百分比含量的组成：第一部分环氧树脂溶解液88%，第二部分环氧树脂溶解液12%。

实施例3

一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：环氧树脂7.9%，锌粉59.7%，单壁碳纳米管0.02%，助剂5.2%，聚酰胺6.32%，环己酮有机溶剂为余量，所述的环氧树脂为E44环氧树脂液。

所述的助剂包括以下重量百分含量的组分：防沉触变剂30%，分散润湿剂11%，增韧剂40%，加强剂12%，促进剂为余量，所述的防沉触变剂为聚酰胺蜡，所述的分散润湿剂为不饱和多元羧酸聚合物，加强剂为硅烷偶联剂，所述的增韧剂腰果酚，所述的促进剂为叔胺共硬化促进剂。

所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）首先将环氧树脂做成溶解液：加入环氧树脂和第一部分有机溶剂混合均匀得到环氧树脂溶解液；

（2）用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀至细度为3μm，高速剪切分散的线速度为27m/s，分散时间为52min；

（3）然后加入锌粉高速分散均匀，以3000 r/min转速搅拌，分散时间为53min，最后加入加强剂，以1500 r/min转速搅拌，分散时间为7min，调配成基料；

（4）将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，在50℃，1500 r/min转速搅拌下缓慢滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；

（5）施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀，再调至施工粘度，然后进行施工涂装。

第一部分有机溶剂、第二部分有机溶剂和第三部分有机溶剂的重量百分比含量的组成：第一部分有机溶剂14%，第二部分有机溶剂65%，第三部分有机溶剂21%；第一部分环氧树脂溶解液和第二部分环氧树脂溶解液的重量百分比含量的组成：第一部分环氧树脂溶解液90%，第二部分环氧树脂溶解液10%。

本发明是一种重防腐涂料涂装配套体系的底漆，它有传统环氧富锌底漆的施工性能和漆膜机械性能，与传统溶剂型环氧富锌底漆相比降低了锌粉用量，降低了油漆比重，增加了油漆涂布率，最重要突出性是大大增强了耐盐雾指标，有效提高了阴极保护功能，具体优点和使用效果如下：

（1）施工简单：与传统环氧富锌底漆一样，两个液体组分混合均匀即可施工；

（2）适用期长：有不低于4小时的适用期；

（3）卓越的耐盐雾性能：漆膜按HG/T3668-2009型3类标准干膜金属锌含量≥60%，耐盐雾≥1200h；漆膜按HG/T3668-2009型2类标准干膜金属锌含量≥70%，耐盐雾≥3000h；

（4）超高的涂布率：比重低，相同质量下体积固含更高，体积固含达到65%以上；

（5）有机化合物排放少：体积固含高，VOC排放不高于350g/L；

（6）优良的机械性能：附着力、抗冲击、硬度、柔韧性等均佳；

（7）优异的施工性能：与其它溶剂型涂料一样，可采用刷、喷、滚、浸、辊等各种方法涂覆。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：环氧树脂6.53~9.42%，锌粉53.8~65.6%，单壁碳纳米管0.01~0.03%，助剂4.01~6.39%，聚酰胺5.17~7.46%，有机溶剂为余量。

2.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的环氧树脂为半固体环氧树脂，半固体环氧树脂为E44、E42环氧树脂液中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的助剂包括以下重量百分含量的组分：防沉触变剂20~70%，分散润湿剂3~20%，增韧剂20~40%，加强剂5~20%，促进剂为余量。

4.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的有机溶剂为苯类、醇类或酮类有机溶剂中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的有机溶剂为二甲苯、丁醇或环己酮中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的防沉触变剂为有机膨润土、气相二氧化硅或聚酰胺蜡中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的分散润湿剂为不饱和多元羧酸聚合物和含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物中的至少一种，加强剂为硅烷偶联剂。

8.根据权利要求3所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的增韧剂为非活性稀释剂，所述的非活性稀释剂为改性石油树脂、腰果壳油多元醇或腰果酚中的至少一种。

9.根据权利要求3所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆，其特征在于，所述的促进剂为叔胺共硬化促进剂。

10.根据权利要求1~9任一项所述的单壁碳纳米管增强型环氧富锌底漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先将环氧树脂做成溶解液：加入环氧树脂和第一部分有机溶剂混合均匀得到环氧树脂溶解液；

（2）用第一部分环氧树脂溶解液与分散润湿剂、第二部分有机溶剂、增韧剂、防沉触变剂混合均匀，再加入单壁碳纳米管，经高速剪切分散均匀至细度≤5μm，高速剪切分散的线速度为25~30m/s，分散时间为45~60min；

（3）然后加入锌粉高速分散均匀，以2500~3500 r/min转速搅拌，分散时间为45~60min，最后加入加强剂，以1000~2000 r/min转速搅拌，分散时间为5~10min，调配成基料；

（4）将聚酰胺、第三部分有机溶剂混合均匀，在40~60℃，1000~2000 r/min转速搅拌下缓慢滴加第二部分环氧树脂溶解液，最后加入促进剂混合均匀，调配成固化剂；

（5）施工时先将基料与固化剂混合并搅拌均匀，再调至施工粘度，然后进行施工涂装。