CN109337504A - 一种环氧导电面漆及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环氧导电面漆及其制备方法与应用，所述环氧导电面漆按质量百分比计由98％～99.7％的A组分和0.3％～2％的B组分组成；所述A组分按重量份计包括如下组分：环氧树脂5～20份，增稠剂1～3份，稀土元素氧化物0.1～1份，颜料1～5份，添加剂40～50份，助剂0.5～1份，溶剂7～10，所述B组分为石墨烯浆料；本发明所提供的环氧导电面漆，其耐盐雾时间达到5200h以上，尤其是通过稀土元素氧化物、颜料与石墨烯三者协同促进提升了面漆的导静电性能，电阻低于105Ω，使得面漆的抗静电作用优良，具有较高的应用价值。

Description

一种环氧导电面漆及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种环氧导电面漆及其制备方法与应用，尤其涉及一种含有石墨烯的环氧导电面漆及其制备方法与应用。
背景技术
环氧面漆光泽高、硬度好、有较好的附着力，耐化学药品性。具有良好的机械性能和耐盐雾性，耐海水、耐溶剂等性能。但是耐候性差，不宜在户外使用。适用于金属，轻金属表面防腐涂装，也可用于钢结构表面，混凝土表面的涂装。
CN102864904A公开了一种溶剂型防静电环氧面漆的地坪，其包括地基，地基上铺设有水泥，水泥上铺设有溶剂型防静电环氧面漆。所述溶剂型防静电环氧面漆，其包括有环氧树脂、二甲苯、甲基异丁酮、填料、色浆、消泡剂等助剂、导电粉和聚酰胺环氧树脂固化剂，搅拌制成。通过上述方式，此方法能够使得地面色泽统一，美观，防静电效果优良，适用于半导体产业和精密行业，但是其导电效果和抗腐蚀效果不高。
CN106009828A公开了一种导电橡胶乳胶漆，其按质量含量的组成包括：丁二烯9-15份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸1-5份、硅烷偶联剂5-6份、纳米石墨9-11份、环氧树脂10-12份。这种方法制备的乳胶漆用于表面处理具有持久的显著增强的滑感和厚实感风格，该风格可以保持半年以上不变化。但是，此方法制备的乳胶漆导电效果以及抗腐蚀效果一般。
US2012067714A1公开了一种用于制备固化环氧复合材料的方法，包括以下步骤：(a)提供可固化热固性环氧树脂组合物，所述组合物包含(i)至少一种环氧树脂；(ii)至少一种增韧剂；(iii)至少一种硬化剂；和(iv)至少一种填充剂；(b)将步骤(a)的可固化热固性环氧树脂组合物固化以形成固化复合材料；其中所述可固化热固性环氧树脂组合物在固化后提供固化复合材料产物，所述固化复合材料产物具有包括Tg、热膨胀系数、拉伸强度、热导率的性质平衡，并具有小于2.7g/cc的密度；和(c)用导电金属层涂布步骤(b)的固化复合材料的至少一部分表面，以在所述固化复合材料的至少一部分表面上形成金属化涂层。此方法制备的复合材料虽然具有优良的玻璃化温度、拉伸强度等性能，但是其不适于应用到面漆方面。
目前，存在的面漆均无法兼具良好的导电性和防腐性能，因此，如何开发出一种既具有良好的导电性，又具有良好的防腐性能的面漆，对于扩大面漆的应用，具有市场应用重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环氧导电面漆及其制备方法与应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种环氧导电面漆，所述环氧导电面漆按质量百分比计由98％～99.7％(例如可以是98％、98.2％、98.5％、98.9％、99.5％、99.7％等)的A组分和0.3％～2％(例如可以是0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.5％、1.6％、1.9％、2％等)的B组分组成；所述A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料。
本发明提供的环氧导电面漆，通过石墨烯浆料与A组分的配合，使得面漆具有良好的导电性和防腐性。通过稀土元素氧化物与颜料的搭配使用，进一步提升了面漆的防腐性能，其耐盐雾时间达到5200h以上，稀土元素氧化物、颜料与石墨烯浆料三者协同促进提升了面漆的导静电性能，电阻低于105Ω，使得面漆的抗静电作用优良，具有较高的应用价值。
本发明意外地发现，当含量不在本发明限定的，涂料的性能会有所下降，不利于实际应用。因此严格限定了A组分与B组分的含量。
在本发明中，所述环氧树脂的重量份为5～20份，例如可以是5份、8份、10份、12份、14份、15份、18份、19份或20份等。本发明中使用的环氧树脂为本领域常用的环氧树脂。
在本发明中，所述增稠剂的重量份为1～3份，例如可以是1份、2份或3份等。
优选地，所述增稠剂包括膨润土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素或黄原胶中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：膨润土和羧甲基纤维素；羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素等。
在本发明中，所述稀土元素氧化物的重量份为0.1～1份，例如可以是0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
优选地，所述稀土元素氧化物包括La2O3、Pr6Oll、Sm2O3、Er2O3或Pm2O3中的任意一种或至少两种的组合，优选为La2O3和/或Pr6Oll。
在本发明中，所述颜料的重量份为1～5份，例如可以是1份、2份、3份、4份或5份等。
优选地，所述颜料为钛白粉、氧化铁黄和炭黑。
一般地，钛白粉、氧化铁黄和炭黑的添加比例按照50:10:1的比例进行添加。
在本发明中，稀土元素氧化物可与颜料中的氧化铁黄协同发挥作用，使得面漆的导静电性能大大提升。这是由于稀土元素氧化物可与氧化铁黄的主要成分氧化铁，共同形成作为一种导电材料，发挥导静电的作用，稀土元素氧化物的掺杂，使得非金属夹杂物的形态改变，原来是条带状的变成更加细小和分散的球粒状，具有这样形状的颗粒所形成的材料，使得面漆稳定性提高，对于空气、海水等外部的侵蚀抵抗能力更强。此外，意外的发现，稀土元素氧化物和氧化铁黄还可促进石墨烯发挥导电性能，进一步提升面漆的导静电作用。
优选地，所述颜料与稀土元素氧化物的质量比为(10～20):1，例如可以是10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1。
在本发明中，颜料与稀土元素氧化物的质量比是特定的，颜料的添加含量过多，不利于导电性的提高；而如果颜料的添加含量过少，导电性能过高，会降低面漆的防腐性能。
在本发明中，所述添加剂的重量份为40～50份，例如可以是40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份或50份等。
优选地，所述添加剂包括蜡粉和/或云母粉。
在本发明中，添加剂还可以选择适当添加导电粉，改善面漆的导电性。
在本发明中，所述助剂的重量份为0.5～1份，例如可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
优选地，所述助剂包括AFCONA 4010和/或AFCONA 2035。
在本发明中，AFCONA 4010与AFCONA 2035均为现有已知产品，通常作为助剂或者消泡剂，添加到涂料中。
在本发明中，所述溶剂的重量份为7～10份，例如可以是7份、8份、9份或10份等。
优选地，所述溶剂包括苯、二甲苯、正丁醇、石油醚、煤油、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙醚或乙二醇乙醚中的任意一种或至少两种的组合，优选为正丁醇和二甲苯的组合。
在本发明中，优选正丁醇和二甲苯的组合，可以调节涂料稠度，对于最终形成面漆的硬度等方面，更为有利。
优选地，所述石墨烯浆料的制备方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯粉加入到浓硫酸中，而后依次加入硝酸钠、高锰酸钾经搅拌第一次反应后，加入水和双氧水继续进行第二次反应，干燥得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到苯胺中，而后继续加入盐酸、过硫酸铵进行反应，洗涤得到石墨烯浆料。
优选地，相对于1g石墨烯粉，步骤(1)中所述浓硫酸的用量为20～30mL(例如可以是20mL、22mL、25mL、28mL、29mL或30mL等)，所述硝酸钠的用量为0.3～0.6g(例如可以是0.3g、0.4g、0.5g或0.6g等)，所述高锰酸钾的用量为2～4g(例如可以是2g、2.5g、3g、3.5g或4g等)，所述水的用量为40～60mL(例如可以是40mL、45mL、50mL、55mL或60mL等)，所述双氧水的用量为40～60mL(例如可以是40mL、45mL、50mL、55mL或60mL等)。
在本发明中，上述涉及到的浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾和双氧水的用量须保持在所限定的范围内，否则无法制备性能良好的石墨烯材料。
优选地，所述双氧水的体积分数为3％。
优选地，所述第一次反应的温度为5～35℃，例如可以是5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃或35℃等。
优选地，所述第一次反应的时间为0.5～2h，例如可以是0.5h、1h、1.5h或2h等。
优选地，所述第二次反应的温度为70～85℃，例如可以是70℃、75℃、80℃或85℃等。
优选地，所述第二次反应的时间为0.5～3h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h等。
优选地，相对于1g步骤(1)中得到的混合物，步骤(2)中所述苯胺的用量为10～50mL(例如可以是10mL、20mL、30mL、40mL或50mL等)，所述盐酸的用量为10～30mL(例如可以是10mL、15mL、20mL、25mL或30mL等)，所述过硫酸铵的用量为15～50mL(例如可以是15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL等)。
优选地，所述盐酸的浓度为5％～20％，例如可以是5％、10％、15％或20％等。
优选地，所述过硫酸铵的浓度为0.05～0.2mol/L，例如可以是0.05mol/L、0.1mol/L、0.15mol/L或0.2mol/L等。
优选地，步骤(2)中所述反应的温度为30～50℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等。
优选地，步骤(2)中所述反应的时间为5～8h，例如可以是5h、6h、7h或8h等。
优选地，步骤(2)中所述洗涤的方法为使用体积分数为95％的乙醇洗涤两次，再使用蒸馏水洗涤5次。
作为优选技术方案，本发明提供了一种环氧导电面漆，所述环氧导电面漆按质量百分比计由99％～99.5％的A组分和0.4％～1％的B组分组成；所述A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的环氧导电面漆的制备方法，所述制备方法为：将B组分通过边搅拌边加入的方式，加入到A组分中，且搅拌按照同一方向进行，过滤、静置后得到所述环氧导电面漆；
优选地，所述搅拌的时间为0.5～2h，例如可以是0.5h、1h、1.5h或2h等。
优选地，所述过滤的方法为：使用100～300目的筛绢过滤杂质至无沉淀为止。
第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述的环氧导电面漆在石油贮藏防腐、化工生产防腐或船舶表面防腐中的应用。
例如，在石油贮藏中，环氧导电面漆可以用于罐的各个表面；化工生产中，对于各种钢结构的防腐等等。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的环氧导电面漆，通过石墨烯浆料与A组分的配合，使得面漆具有良好的导电性和防腐性。通过稀土元素氧化物与颜料的搭配使用，进一步提升了面漆的防腐性能，其耐盐雾时间达到5200h以上，稀土元素氧化物、颜料与石墨烯三者协同促进提升了面漆的导静电性能，电阻低于105Ω，使得面漆的抗静电作用优良，具有较高的应用价值，在各领域均有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的环氧导电面漆形成的涂层形貌图。
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
本实施例提供的环氧导电面漆中A组分质量百分比99.5％，B组分的质量百分比为0.5％，其中A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料，其中钛白粉、氧化铁黄和炭黑的质量比为50:10:1，石墨烯浆料通过以下方法制备：
(1)使用电子分析天平称取4.000g石墨烯粉加入98％的浓硫酸100mL开始搅拌，边搅拌边加入2g的硝酸钠继续搅拌，并逐渐加入12g的高锰酸钾，并且在此过程中恒温30℃，搅拌1h后加入200mL的蒸馏水将温度升高到80℃，搅拌1h以后加入浓度为3％的双氧水200mL，继续搅拌半个小时，抽滤洗涤至中性，洗去多余的硫酸根离子，烘干得到混合物备用。
(2)取步骤(1)得到的混合物200mg加入4mL的苯胺进行分散，再加入4mL 10％的盐酸和6mL 0.1mol/L的过硫酸铵，40℃搅拌6小时，用布氏漏斗进行过滤，保存滤液，并用体积分数为95％的乙醇洗涤两次，再用蒸馏水洗涤5次，制得石墨烯浆料。
环氧导电面漆由以下步骤制备：
将B组分通过边搅拌边加入的方式，加入到A组分中，且搅拌1h按照同一方向进行，使用200目的筛绢过滤杂质至无沉淀为止，静置后得到环氧导电面漆。
实施例1制备的环氧导电面漆所形成的涂层如图1所示。
实施例2
本实施例提供的环氧导电面漆中A组分质量百分比99.7％，B组分的质量百分比为0.3％，其中A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料，其中钛白粉、氧化铁黄和炭黑的质量比为50:10:1，石墨烯浆料通过以下方法制备：
(1)使用电子分析天平称取4.000g石墨烯粉加入98％的浓硫酸80mL开始搅拌，边搅拌边加入1.2g的硝酸钠继续搅拌，并逐渐加入8g的高锰酸钾，并且在此过程中恒温5℃，搅拌2h后加入160mL的蒸馏水将温度升高到70℃，搅拌0.5h以后加入浓度为3％的双氧水160mL，继续搅拌半个小时，抽滤洗涤至中性，洗去多余的硫酸根离子，烘干得到混合物备用。
(2)取步骤(1)得到的混合物200mg加入2mL的苯胺进行分散，再加入2mL 10％的盐酸和3mL 0.2mol/L的过硫酸铵，30℃搅拌8小时，用布氏漏斗进行过滤，保存滤液，并用体积分数为95％的乙醇洗涤两次，再用蒸馏水洗涤5次，制得石墨烯浆料。
环氧导电面漆由以下步骤制备：
将B组分通过边搅拌边加入的方式，加入到A组分中，且搅拌1h按照同一方向进行，使用200目的筛绢过滤杂质至无沉淀为止，静置后得到环氧导电面漆。
实施例3
本实施例提供的环氧导电面漆中A组分质量百分比98％，B组分的质量百分比为2％，其中A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料，其中钛白粉、氧化铁黄和炭黑的质量比为50:10:1，石墨烯浆料通过以下方法制备：
(1)使用电子分析天平称取4.000g石墨烯粉加入98％的浓硫酸120mL开始搅拌，边搅拌边加入2.4g的硝酸钠继续搅拌，并逐渐加入16g的高锰酸钾，并且在此过程中恒温35℃，搅拌1h后加入240mL的蒸馏水将温度升高到80℃，搅拌1h以后加入浓度为3％的双氧水240mL，继续搅拌半个小时，抽滤洗涤至中性，洗去多余的硫酸根离子，烘干得到混合物备用。
(2)取步骤(1)得到的混合物200mg加入10mL的苯胺进行分散，再加入10mL 10％的盐酸和15mL 0.1mol/L的过硫酸铵，50℃搅拌5小时，用布氏漏斗进行过滤，保存滤液，并用体积分数为95％的乙醇洗涤两次，再用蒸馏水洗涤5次，制得石墨烯浆料。
环氧导电面漆由以下步骤制备：
将B组分通过边搅拌边加入的方式，加入到A组分中，且搅拌1h按照同一方向进行，使用200目的筛绢过滤杂质至无沉淀为止，静置后得到环氧导电面漆。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，A组分的质量百分比为95％，B组分的质量百分比为5％，制备得到环氧导电面漆。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不包含La2O30.5份，其余组分均与实施例1相同制备得到环氧导电面漆。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中使用氧化铜0.5份替换La2O3，其余组分均与实施例1相同，制备得到环氧导电面漆。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不包含B组分，其余组分均与实施例1相同，制备得到环氧导电面漆。
对比例5
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例的颜料中不包括氧化铁黄，其余组分均与实施例1相同，制备得到环氧导电面漆。
将上述实施例1-3与对比例1-5制备的环氧导电面漆进行盐雾测试(GB/T1771-91)和导静电测试(使用石油罐导静电涂料电阻率测定仪型号为CN66M/SYL1-YFT-8/YFT-2014)，结果如下表1所示：
表1
样品 耐盐雾时间(h) 电阻(×10<sup>4</sup>Ω)
实施例1 5623 7.8
实施例2 5480 8.1
实施例3 5231 9.4
对比例1 4935 8.5
对比例2 5043 23
对比例3 4532 6.4
对比例4 5002 56
对比例5 5031 33
通过实施例1-3与对比例1-5的结果可知，颜料的添加含量过多，导静电作用下降；当A与B组分的配比不在本发明限定的范围内时，防腐性能下降；当稀土元素氧化物含量变化或者使用其他金属元素时，防腐性能和导静电性能均会受到影响；当不包含B组分时，环氧导电面漆的防腐性能与导电性能均下降，尤其是导静电作用大幅下降，电阻达到了56×104Ω；当颜料中不包括氧化铁黄时，防腐作用受影响较小，但是导电性能大幅下降。
综上，本发明提供的环氧导电面漆兼具良好的防腐作用与导电作用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的环氧导电面漆及其制备方法与应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用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)

1.一种环氧导电面漆，其特征在于，所述环氧导电面漆按质量百分比计由98％～99.7％的A组分和0.3％～2％的B组分组成；所述A组分按重量份计包括如下组分：
所述B组分为石墨烯浆料。
2.根据权利要求1所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述增稠剂包括膨润土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素或黄原胶中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述稀土元素氧化物包括La2O3、Pr6Oll、Sm2O3、Er2O3或Pm2O3中的任意一种或至少两种的组合，优选为La2O3和/或Pr6Oll。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述颜料为钛白粉、氧化铁黄和炭黑；
优选地，所述颜料与稀土元素氧化物的质量比为(10～20):1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述添加剂包括蜡粉和/或云母粉。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述助剂包括AFCONA4010和/或AFCONA 2035；
优选地，所述溶剂包括苯、二甲苯、正丁醇、石油醚、煤油、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮、环己酮、乙醚或乙二醇乙醚中的任意一种或至少两种的组合，优选为正丁醇和二甲苯的组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的环氧导电面漆，其特征在于，所述石墨烯浆料的制备方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯粉加入到浓硫酸中，而后依次加入硝酸钠、高锰酸钾经搅拌第一次反应后，加入水和双氧水继续进行第二次反应，干燥得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到苯胺中，而后继续加入盐酸、过硫酸铵进行反应，洗涤得到石墨烯浆料。
8.根据权利要求7所述的环氧导电面漆，其特征在于，相对于1g石墨烯粉，步骤(1)中所述浓硫酸的用量为20～30mL，所述硝酸钠的用量为0.3～0.6g，所述高锰酸钾的用量为2～4g，所述水的用量为40～60mL，所述双氧水的用量为40～60mL；
优选地，所述双氧水的体积分数为3％；
优选地，所述第一次反应的温度为5～35℃；
优选地，所述第一次反应的时间为0.5～2h；
优选地，所述第二次反应的温度为70～85℃；
优选地，所述第二次反应的时间为0.5～3h；
优选地，相对于1g步骤(1)中得到的混合物，步骤(2)中所述苯胺的用量为10～50mL，所述盐酸的用量为10～30mL，所述过硫酸铵的用量为15～50mL；
优选地，所述盐酸的浓度为5％～20％；
优选地，所述过硫酸铵的浓度为0.05～0.2mol/L；
优选地，步骤(2)中所述反应的温度为30～50℃；
优选地，步骤(2)中所述反应的时间为5～8h；
优选地，步骤(2)中所述洗涤的方法为使用体积分数为95％的乙醇洗涤两次，再使用蒸馏水洗涤5次。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的环氧导电面漆的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将B组分通过边搅拌边加入的方式，加入到A组分中，且搅拌按照同一方向进行，过滤、静置后得到所述环氧导电面漆；
优选地，所述搅拌的时间为0.5～2h；
优选地，所述过滤的方法为：使用100～300目的筛绢过滤杂质至无沉淀为止。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的环氧导电面漆在石油贮藏防腐、化工生产防腐或船舶表面防腐中的应用。
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