CN109021621A - 一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用 - Google Patents

一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用，所述石墨烯修饰的锌粉的制备方法包括以下步骤：将石墨烯分散在水溶性有机溶剂中，得到石墨烯分散液；向所述石墨烯分散液中加入锌粉，搅拌，得到粗产品；对粗产品进行研磨，得到石墨烯修饰的锌粉。将制备得到的石墨烯修饰的锌粉用于水性防腐涂料，可以使得水性防腐涂料具有更加优异的耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及附着力，并且体系稳定，安全环保，易于工业化生产，具有广泛的应用前景。

Description

一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的 应用
技术领域
本发明属于防腐涂料技术领域，涉及一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用。
背景技术
防腐涂料是油漆涂料中必不可少的一种涂料，分为常规防腐涂料和重防腐涂料，可以应用在建筑、金属防护等领域，具有良好的附着力、耐老化以及防腐蚀等作用。随着我国经济发展以及人民生活水平的提高，对于防腐涂料领域更加注重安全、环保以及性能的结合，水性防腐涂料比油溶性防腐涂料具有更加环保、安全的优势，而开发耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及耐附着力优良的水性防腐涂料是本领域的研究重点。
CN107828309 A公开了一种石墨烯防腐涂料使用的分散体及其制备方法，石墨烯防腐涂料使用的分散体按照重量百分数计：所述组分包括20％-50％环氧树脂、10％-20％石墨烯、0.5％-3％分散剂、0.5％-3％助剂、15％-30％锌粉。该发明的分散体应用于各种防腐涂料提高了在金属底材上的附着力、柔韧性、耐磨性和耐盐雾性。
CN106833271A公开了一种石墨烯型水性环氧富锌防腐涂料及其制备方法，所述石墨烯型水性环氧富锌防腐涂料由甲乙组分组成，甲组分由以下组分即组分百分比原料制成：水性环氧树脂固化剂8-16％，消泡剂0.1-1％，分散剂0.3-1％；触变剂0.5-3％、去离子水3-10％、锌粉60-70％、石墨烯1-10％。乙组分由以下组分及组分百分比原料制成：水性环氧乳液20-40％。该发明通过添加石墨烯增大了漆膜附着力，柔韧性以及增加对基材的防腐性能。
然而在如上所述的现有技术中虽然利用了石墨烯加入至防腐涂料中以提高其性能，但是由于石墨烯易于聚集、分散性差，需要使用辅助的分散剂进行分散，并且得到的防腐涂料在耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及附着力等方面性能有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种石墨烯修饰的锌粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯分散在水溶性有机溶剂中，得到石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，搅拌，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，得到石墨烯修饰的锌粉。
本发明通过所述制备方法，能够使得石墨烯包裹锌粉，使得石墨烯与锌粉充分结合，得到石墨烯修饰的锌粉。
优选地，步骤(1)所述水溶性有机溶剂为乙二醇甲醚、无水乙醇、异丙醇或丙二醇甲醚中的任意一种或至少两种的混合溶液；
优选地，所述溶剂为乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶液；
优选地，所述溶剂为质量比为3-6:1(例如3:1、3.3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.3:1、4.5:1、4.8:1、5:1、5.3:1、5.5:1、5.8:1或6:1)的乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶液。
优选地，步骤(1)所述石墨烯分散液中石墨烯的重量百分比为10-20％，例如10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
优选地，步骤(2)所述锌粉与石墨烯分散液的质量比为2:1-4:1，例如2:1、2.2:1、2.4:1、2.6:1、2.8:1、3:1、3.3:1、3.5:1、3.8:1或4:1。
优选地，步骤(2)所述搅拌时的温度在50℃以下，例如50℃、48℃、45℃、43℃、40℃、38℃、35℃、33℃、30℃、28℃、25℃、20℃等。锌粉分散的过程中温度会逐渐升高，超过50℃对溶剂体系会有影响，所以要控制温度在50℃以下。
优选地，步骤(2)所述搅拌的速度为1000-2000转/分，例如1000转/分、1100转/分、1200转/分、1300转/分、1400转/分、1500转/分、1600转/分、1700转/分、1800转/分、1900转/分或2000转/分。
优选地，步骤(2)搅拌的时间为45-90min，例如45min、50min、55min、58min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min。
优选地，步骤(3)所述研磨为研磨至粒度为35-45μm，例如35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm或45μm。
另一方面，本发明提供了由如上所述的制备方法制备得到的石墨烯修饰的锌粉。
经过所述制备方法得到多层石墨烯包裹修饰的锌粉，在研磨外力的作用下，石墨烯与锌粉更充分的结合，达到一定的细度，提高了石墨烯的分散度。
另一方面，本发明提供一种水性防腐涂料，所述水性防腐涂料包括A组分和B组分，其中A组分包括如上所述的石墨烯修饰的锌粉。
在本发明中，由于在水性防腐涂料中使用了如上所述的石墨烯修饰的锌粉，可以使得水性防腐涂料具有更加优异的耐盐雾、酸碱性、耐热性和耐溶剂性。
优选地，所述A组分包括以下重量百分比的组分：
优选地，所述改性胺为水溶性聚酰胺加成物。
在本发明中，A组分中所述无水乙醇的含量为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％。
在本发明中，A组分中所述改性胺的含量为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％。
在本发明中，A组分中所述石墨烯修饰的锌粉的含量为50％、52％、54％、55％、58％、60％、62％、64％、66％、68％或70％。
在本发明中，A组分中所述滑石粉的含量为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％。
在本发明中，A组分中所述气相二氧化硅的含量为0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％或3％。
在本发明中，A组分中所述有机膨润土的含量为1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.3％、3.5％、3.8％、4％、4.3％、4.5％、4.8％或5％。
在本发明中，A组分中所述消泡剂的含量为1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％或3％。
在本发明中，A组分中所述防闪锈剂的含量为1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％或3％。
优选地，B组分包括以下重量百分比的组分：
在本发明中，B组分中所述水溶性环氧乳液的含量可以为40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％或70％。
在本发明中，B组分中所述无水乙醇的含量可以为10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％。
在本发明中，B组分中所述去离子水的含量可以为15％、17％、19％、20％、22％、24％、25％、27％、29％或30％。
在本发明中，B组分中所述润湿剂的含量可以为0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％或3％。
优选地，所述水性防腐涂料中A组分与B组分的质量比为2:1-3:1，例如2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1或3:1。
在本发明所述水性防腐涂料的各成分的配合下，使得水性防腐涂料可以具有良好的综合性能，并且安全环保。并且本发明也大大降低了石墨烯的用量，可以使用较少量的石墨烯获得水性防腐涂料性能较好的提升，大大降低了成本。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过利用石墨烯修饰锌粉使得石墨烯与锌粉充分结合，提高了石墨烯在水性涂料中的分散性，将其应用于水性防腐涂料时，可以使得水性防腐涂料具有更加优异的耐盐雾、耐酸碱性、耐热性和耐溶剂性，并且体系稳定，安全环保，易于工业化生产，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，通过如下方法制备了石墨烯修饰的锌粉，具体包括以下步骤：
(1)将烘干后的石墨烯分散在乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶剂中，所述乙二醇甲醚与无水乙醇的质量比为4：1，得到石墨烯的重量百分比为15％的石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，锌粉与石墨烯分散液质量比为3:1，边降温边搅拌，温度保持在50℃，搅拌速度为1000转/分，搅拌60min，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，粒度达到35-45μm，得到石墨烯修饰的锌粉。
实施例2
在本实施例中，通过如下方法制备了石墨烯修饰的锌粉，具体包括以下步骤：
(1)将烘干后的石墨烯分散在乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶剂中，所述乙二醇甲醚与无水乙醇的质量比为4:1，得到石墨烯的重量百分比为20％的石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，锌粉与石墨烯分散液质量比为2:1，边降温边搅拌，温度保持在40℃，搅拌速度为2000转/分，搅拌45min，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，粒度达到35-45μm，得到石墨烯修饰的锌粉。
实施例3
在本实施例中，通过如下方法制备了石墨烯修饰的锌粉，具体包括以下步骤：
(1)将烘干后的石墨烯分散在乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶剂中，所述乙二醇甲醚与无水乙醇的质量比为3:1，得到石墨烯的重量百分比为10％的石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，锌粉与石墨烯分散液质量比为4:1，边降温边搅拌，温度保持在45℃，搅拌速度为1500转/分，搅拌90min，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，粒度达到35-45μm，得到石墨烯修饰的锌粉。
实施例4
在本实施例中，通过如下方法制备了石墨烯修饰的锌粉，具体包括以下步骤：
(1)将烘干后的石墨烯分散在乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶剂中，所述乙二醇甲醚与无水乙醇的质量比为4：1，得到石墨烯的重量百分比为13％的石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，锌粉与石墨烯分散液质量比为2:1，边降温边搅拌，温度保持在30℃，搅拌速度为2000转/分，搅拌65min，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，粒度达到35-45μm，得到石墨烯修饰的锌粉。
实施例5
在本实施例中，通过如下方法制备了石墨烯修饰的锌粉，具体包括以下步骤：
(1)将烘干后的石墨烯分散在乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶剂中，所述乙二醇甲醚与无水乙醇的质量比为6：1，得到石墨烯的重量百分比为10％的石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，锌粉与石墨烯分散液质量比为3:1，边降温边搅拌，温度保持在50℃，搅拌速度为1000转/分，搅拌45min，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，粒度达到35-45μm，得到石墨烯修饰的锌粉。
实施例6
在本实施例中提供了一种双组份水性防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为2.5:1。
A组分包括以下重量百分比的组分：
B组分包括以下重量百分比的组分：
实施例7
在本实施例中提供了一种双组份水性防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为2.5:1。
A组分包括以下重量百分比的组分：
B组分包括以下重量百分比的组分：
实施例8
在本实施例中提供了一种双组份水性防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为2.5:1。
A组分包括以下重量百分比的组分：
B组分包括以下重量百分比的组分：
实施例9
在本实施例中提供了一种双组份水性防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为2.5:1。
A组分包括以下重量百分比的组分：
B组分包括以下重量百分比的组分：
实施例10
在本实施例中提供了一种双组份水性防腐涂料，其包括A组分和B组分，其中A组分和B组分的质量比为2.5:1。
A组分包括以下重量百分比的组分：
B组分包括以下重量百分比的组分：
对比例1
该对比例与实施例6不同的仅在于，将A组分中石墨烯修饰的锌粉替换为单独的石墨烯和锌粉(即未经修饰)，石墨烯的含量为2.3％，锌粉含量为60.7％。
对比例2
该对比例与实施例7不同的仅在于，将A组分中石墨烯修饰的锌粉替换为单独的石墨烯和锌粉，石墨烯的含量为4.4％，锌粉含量为58.6％。
对比例3
该对比例与实施例8不同的仅在于，将A组分中石墨烯修饰的锌粉替换为单独的石墨烯和锌粉，石墨烯的含量为1.2％，锌粉含量为46.8％。
对比例4
该对比例与实施例9不同的仅在于，将A组分中石墨烯修饰的锌粉替换为单独的石墨烯和锌粉，石墨烯的含量为3.1％，锌粉含量为46.9％。
对比例5
该对比例与实施例10不同的仅在于，将A组分中石墨烯修饰的锌粉替换为单独的石墨烯和锌粉，石墨烯的含量为1.4％，锌粉含量为42.6％。
对实施例6-10以及对比例1-5的水性防腐涂料的耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及附着力性能进行测定，
测定结果如表1所示。
表1
根据表1的结果可以看出，本发明利用石墨烯修饰的锌粉可以提高水性防腐涂料的耐盐雾、耐酸碱性、耐盐水性、耐水性以及附着力，可以明显降低锌粉的用量，体系稳定，安全环保。
本发明通过上述实施例来说明本发明的石墨烯修饰的锌粉、制备方法及其在水性防腐涂料中的应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯修饰的锌粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯分散在水溶性有机溶剂中，得到石墨烯分散液；
(2)向所述石墨烯分散液中加入锌粉，搅拌，得到粗产品；
(3)对粗产品进行研磨，得到石墨烯修饰的锌粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水溶性有机溶剂为乙二醇甲醚、无水乙醇、异丙醇或丙二醇甲醚中的任意一种或至少两种的混合溶液；
优选地，所述水溶性有机溶剂为乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶液；
优选地，所述水溶性有机溶剂为质量比为3-6:1的乙二醇甲醚与无水乙醇的混合溶液。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石墨烯分散液中石墨烯的重量百分比为10-20％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述锌粉与石墨烯分散液的质量比为2:1-4:1；
优选地，步骤(2)所述搅拌时的温度在50℃以下；
优选地，步骤(2)所述搅拌的速度为1000-2000转/分；
优选地，步骤(2)搅拌的时间为45-90min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述研磨为研磨至粒度为35-45μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到的石墨烯修饰的锌粉。
7.一种水性防腐涂料，其特征在于，所述水性防腐涂料包括A组分和B组分，其中A组分包括如上所述的石墨烯修饰的锌粉。
8.根据权利要求7所述的双组份水性防腐涂料，其特征在于，所述A组分包括以下重量百分比的组分：
优选地，所述改性胺为水溶性聚酰胺加成物。
9.根据权利要求7或8所述的双组份水性防腐涂料，其特征在于，B组分包括以下重量百分比的组分：
10.根据权利要求7-9中任一项所述的双组份水性防腐涂料，其特征在于，所述水性防腐涂料中A组分与B组分的质量比为2:1-3:1。
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