CN109354978A - 石墨烯粉末金属面漆涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种石墨烯粉末金属面漆涂料，包括基料、填料、气相缓蚀剂和助剂；其中，按重量份数计，所述基料包括聚酯粉末树脂30‑50份、聚四氟乙烯树脂5‑15份、固化剂(TGIC)3‑5份、氟碳粉末树脂5‑15份；所述填料包括1‑5份的片状铝粉或珠光粉、硫酸钡20‑40份、石墨烯0.05‑1份。通过绑定的方法加入铝粉或者珠光粉，使该粉末涂料所得涂层具有更优异的外观效果，提高了涂料本身的装饰性。同时片状铝粉的添加，增加了涂层的光反射效果，在一定程度上也增加了涂料的耐候性。石墨烯的导电性，能够将紫外线照射涂层颜填料产生的光生电子及时转移，防止光生电子对树脂高分子链的破坏，有效延长了涂层的耐老化性能。

Description

石墨烯粉末金属面漆涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别涉及一种包含石墨烯的粉末金属面漆涂料及其制备方法。
背景技术
近年来粉末涂料的环境友好性和节能减排优势日益凸显，行业面临良好的发展机遇。粉末涂料作为无溶剂涂料，符合国际上流行的“四E”原则(经济、环保、高效、性能卓越)，而受到人们的欢迎。其特点如下：
工艺简单：粉末涂料是利用静电发生器使粉末粒子带电，均匀地吸附在金属基材上，然后通过高温熔融和固化转变成坚硬的保护涂层的一种技术，投资少，涂装工艺简单方便；
清洁：粉末涂料不含溶剂，这对于世界上日益增长的保护环境意识是不可否认的优点。同时，喷涂落地的粉末涂料可以回收再利用，喷涂时辅以旋风除尘或滤袋除器，使得粉末涂料是目前最清洁的涂料品种，可以做到100％环保。
经济：粉末涂料是百分之百的固体，这就意味着几乎百分之百地形成涂层而没有任何损耗，而且在喷涂时一次可以达到所要求的厚度，无须喷涂数层。
高效：粉末涂料具有卓越的机械性能，尤其是它的抗冲击性，柔韧性和表面硬度，优异的防腐性能及耐化学介质(酸类、碱类、溶剂等)性能，用于户外的系列产品还具有很高的耐候性，可以在恶劣的气候条件下对基材提供良好的保护。
《涂料行业“十一五”发展规划》和《涂料行业科技中长期发展规划》均明确提出要大力发展环保型粉末涂料。未来10年，我国将大幅削减传统溶剂涂料在工业涂料中的比例，使其所占份额由目前的50％锐减至5％。而粉末涂料的市场份额将由目前的18％上升到40％，最终用10～15年时间，对传统涂料产业实行新技术嫁接与改造，最终将传统溶剂涂料市场份额缩减至1％以下。这些规划为环保型粉末涂料的发展提供了机遇。今后包括水性涂料和粉末涂料在内的环保型涂料将逐步取代传统溶剂型涂料，成为市场的主导产品。
粉末涂料品种众多，包括各种颜色，各种美术纹理和高光、无光等效果的产品。树脂类型包括环氧聚酯(混合)型、环氧型、聚酯型、聚氨酯型等各种系列产品，品种基本可与溶剂型工业防腐涂料相当。但是，目前市场上普通的粉末面漆，其耐紫外老化性能约为300-500h，其耐候性能有限，无法满足日益增长的客户需求，使得粉末涂料无法应用于光照较强，环境较为恶劣的领域，必须结合其他防护手段，这不仅提高了工程造价也造成了资源的极大浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种石墨烯粉末金属面漆涂料，以解决现有技术的缺陷。
一方面，本发明提供一种石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，包括基料、填料、气相缓蚀剂和助剂；其中，按重量份数计，所述基料包括聚酯粉末树脂30-50份、聚四氟乙烯树脂5-15份、固化剂(TGIC)3-5份、氟碳粉末树脂5-15份；所述填料包括1-5份的片状铝粉或珠光粉、硫酸钡20-40份、石墨烯0.05-1份。
优选地，基料和填料的质量比为3:1-3:7。
优选地，气相缓蚀剂的重量份数为5-10份，所述助剂的重量份数为2-10份。
优选地，助剂包括流平剂、脱气剂、光稳定剂中的至少一种。
优选地，流平剂包括聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛中的至少一种。
优选地，脱气剂包括安息香、氢化蓖麻油衍生物、双酰胺蜡中的至少一种。
优选地，光稳定剂包括呱啶类、咪唑烷酮类、氮杂环烷酮类衍生物中的至少一种。
优选地，所述石墨烯包括sp2杂化结构。
根据本发明的另一方面，还提供一种石墨烯粉末金属面漆涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基料、硫酸钡、石墨烯、气相缓蚀剂和助剂混合，得到均匀的混合物；
将所述混合物加热至熔融态挤出；
对挤出物进行压片并冷却，得到片状物；
将所述片状物进行粉碎和细磨；
对细磨后的物料进行筛分；
将筛分的产品与片状铝粉或珠光粉进行绑定处理，即得。
本发明提供的石墨烯粉末金属面漆涂料，其本身既具有粉末涂料良好的屏蔽作用，氟碳树脂的加入，对现有聚酯树脂进行了改进，利用氟碳树脂自身的高耐候性，能够大幅度提高涂层本身的耐老化性能。本技术中通过绑定的方法加入铝粉或者珠光粉，使该粉末涂料所得涂层具有更优异的外观效果，提高了涂料本身的装饰性。同时片状铝粉的添加，增加了涂层的光反射效果，在一定程度上也增加了涂料的耐候性。涂料中还添加有气相缓蚀剂，通过其缓蚀效果，进一步提高涂料对金属基材的防护效果。进一步地，本技术采用不同耐候树脂混拼的工艺，使该类粉末涂料具有比一般粉末涂料更为优异的耐候性。
本发明提供的涂料中还添加有石墨烯，石墨烯能在金属与腐蚀性介质之间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，同时石墨烯稳定的Sp2杂化结构能有效的阻隔气体原子的通过，石墨烯还具有很好的热稳定性、化学稳定性、强度与摩擦性能，不论是在高温环境条件下(1500℃)，还是在具有腐蚀性的气体、液体条件下，石墨烯均能保持稳定。石墨烯还具有优异的导电性能，石墨烯的导电性能够将紫外线照射涂层颜填料产生的光生电子及时转移，防止光生电子对树脂高分子链的破坏，有效延长了涂层的耐老化性能。从而大大增加了该涂料形成的涂层的耐老化性能。进一步地，所述石墨烯粉末金属面漆涂料可与具有电化学防护功能的底漆涂料组合使用，在底漆涂料上喷涂所述石墨烯粉末金属面漆涂料，从而形成兼具电化学防护功能与紫外线耐受能力的复合涂层，提供更好的保护及亮丽的外观。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出本发明实施例的石墨烯粉末金属面漆涂料的制备流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如采用的设备、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
本发明实施例的原料见表1。
本发明实施例中的基料选用了不同耐候性的树脂进行了混拼，例如为聚酯粉末树脂、聚四氟乙烯树脂、氟碳粉末树脂，该混拼树脂的选择、各树脂比例及工艺使本发明实施例石墨烯粉末金属面漆涂料具有比一般粉末涂料更为优异的耐候性。
填料选用了片状铝粉或珠光粉、硫酸钡、石墨烯。
片状铝粉例如为球状铝粉经过球磨工艺制作而成，片状铝粉例如为高亮铝粉，本技术中通过绑定的方法加入铝粉或者珠光粉，使该粉末涂料所得涂层具有更优异的外观效果，提高了涂料本身的装饰性。同时片状铝粉或珠光粉的添加，增加了涂层的光反射效果，在一定程度上也增加了涂料的耐候性。
石墨烯能在金属与腐蚀性介质之间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，同时Sp2杂化结构能有效的阻隔气体原子的通过，石墨烯还具有很好的热稳定性、化学稳定性、强度与摩擦性能，不论是在高温环境条件下(1500℃)，还是在具有腐蚀性的气体、液体条件下，石墨烯均能保持稳定。石墨烯还具有优异的导电性能，石墨烯的导电性，能够将紫外线照射涂层颜填料产生的光生电子及时转移，防止光生电子对树脂高分子链的破坏，有效延长了涂层的耐老化性能。进一步地，所述石墨烯粉末金属面漆涂料可与具有电化学防护功能的底漆涂料组合使用，在底漆涂料上喷涂所述石墨烯粉末金属面漆涂料，从而形成兼具电化学防护功能与紫外线耐受能力的复合涂层，提供更好的保护及亮丽的外观。
缓蚀剂选用了气相缓蚀剂，例如为：4—(N，N—二正丁基)—胺甲基吗啉、苯酸吗啉、氨基酸甲基酯、磷酸二环已胺、邻硝基苯甲酸六次甲基亚胺、苯并三氮唑的一种或者多种任意比例混合制成。
VCI是气相缓蚀剂(Volatile Corrosion Inhibitor)的英文缩写，是经特殊合成工艺、复配制备而成的一种腐蚀抑制剂。它能单独或依附于合适的载体，在常温常压下直接气化。在密封环境中通过自身可调节的持续挥发而使得作业单元内的任何空间缝隙中，都会充盈含有VCI防锈因子的混合气体，这种气体遭遇金属表面时会吸附其上，形成只有一个或数个分子厚的致密保护膜层。该保护膜层能有效隔绝金属表面与水分、氧气及其他有害大气腐蚀因素的接触，抑制促使金属腐蚀的电化学反应的发生，从而达到最佳的防锈蚀效果。
气相缓蚀剂具的优点包括：防锈效果全面；防锈期限长；不损伤金属制品的材质，无任何副作用；防锈性能卓著；卫生、安全、环保，不会对人体产生伤害，不会造成环境污染。
填料(例如为片状锌粉或珠光粉)还会与VCI产生协同作用，由于片状填料有很好的屏蔽效果，当VCI分子缓慢释放的时候，填料的平行搭接结构为其提供了一层封闭的膜，能够显著的降低VCI分子的弥散速度，从而对金属基体起到良好的缓蚀作用。
助剂选用了流平剂、脱气剂和光稳定剂，进一步增强了本发明实施例涂料的相关性能及稳定性。
图1所示为本发明实施例石墨烯粉末金属面漆涂料的制备流程图，其制备方法包括以下步骤：
S10将基料、硫酸钡、石墨烯、气相缓蚀剂和助剂加入到高速混合机中，混合并破碎，得到均匀的混合物；
S20将上述步骤制得的混合物加入到挤出机中，熔融挤出；挤出温度：前温80℃，后温110℃；
S30将挤出机挤出的熔融状态的物质经过压片机压辊滚压，形成1-2mm厚度的带状物，冷却后破碎成片状物料；
S40将制得的片状物料加入磨粉机中进行粉碎细磨；
S50将细磨后的物料进行筛分，粒径达到要求的进入后续步骤，未能经过筛分的物料再次重复粉碎细磨工艺；
S60将步骤S50筛分获得的产品与片状铝粉或珠光粉置于邦定机中进行绑定处理，所述片状铝粉例如为高亮铝粉，绑定参数例如为：初始混合温度为室温，升温0.5min-3min至开始绑定温度为50℃-70℃，升温3min-8min至最高绑定温度为75℃-95℃，冷却10min-20min至出料温度为20℃-40℃，即得；
工艺流程为：混合→熔融挤出→压片冷却→粉碎细磨→筛分→绑定。
将本发明实施例中的石墨烯粉末金属面漆涂料与市面上的粉末涂料进行对比试验：
市场上普通粉末：盐雾试验时间约500h，耐紫外老化300～500h，附着力1级(划格法)。
石墨烯粉末金属面漆涂料：盐雾试验时间≥1500h，耐紫外老化≥3000h，附着力1级(划格法)。
可见本发明提供的石墨烯粉末金属面漆涂料相比现有粉末涂料，其盐雾耐性及紫外线耐性显著增强，具有超高的耐候性能。
本发明提供的石墨烯粉末金属面漆涂料，其本身既具有粉末涂料良好的屏蔽作用，氟碳树脂的加入，对现有聚酯树脂进行了改进，利用氟碳树脂自身的高耐候性，能够大幅度提高涂层本身的耐老化性能。本技术中通过绑定的方法加入铝粉或者珠光粉，使该粉末涂料所得涂层具有更优异的外观效果，提高了涂料本身的装饰性。同时片状铝粉的添加，增加了涂层的光反射效果，在一定程度上也增加了涂料的耐候性。涂料中还添加有气相缓蚀剂，通过其缓蚀效果，进一步提高涂料对金属基材的防护效果。进一步地，本技术采用不同耐候树脂混拼的工艺，使该类粉末涂料具有比一般粉末涂料更为优异的耐候性。
本发明提供的涂料中还添加有石墨烯，石墨烯能在金属与腐蚀性介质之间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，同时石墨烯稳定的Sp2杂化结构能有效的阻隔气体原子的通过，石墨烯还具有很好的热稳定性、化学稳定性、强度与摩擦性能，不论是在高温环境条件下(1500℃)，还是在具有腐蚀性的气体、液体条件下，石墨烯均能保持稳定。石墨烯还具有优异的导电性能，石墨烯的导电性能够将紫外线照射涂层颜填料产生的光生电子及时转移，防止光生电子对树脂高分子链的破坏，有效延长了涂层的耐老化性能。从而大大增加了该涂料形成的涂层的耐老化性能。进一步地，所述石墨烯粉末金属面漆涂料可与具有电化学防护功能的底漆涂料组合使用，在底漆涂料上喷涂所述石墨烯粉末金属面漆涂料，从而形成兼具电化学防护功能与紫外线耐受能力的复合涂层，提供更好的保护及亮丽的外观。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，包括基料、填料、气相缓蚀剂和助剂；其中，按重量份数计，所述基料包括聚酯粉末树脂30-50份、聚四氟乙烯树脂5-15份、固化剂(TGIC)3-5份、氟碳粉末树脂5-15份；所述填料包括1-5份的片状铝粉或珠光粉、硫酸钡20-40份、石墨烯0.05-1份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述基料和填料的质量比为3:1-3:7。
3.根据权利要求1所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述气相缓蚀剂的重量份数为5-10份，所述助剂的重量份数为2-10份。
4.根据权利要求1所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述助剂包括流平剂、脱气剂、光稳定剂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述流平剂包括聚丙酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基聚硅氧烷、聚乙烯缩丁醛中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述脱气剂包括安息香、氢化蓖麻油衍生物、双酰胺蜡中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述光稳定剂包括呱啶类、咪唑烷酮类、氮杂环烷酮类衍生物中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的石墨烯粉末金属面漆涂料，其特征在于，所述石墨烯包括sp2杂化结构。
9.一种石墨烯粉末金属面漆涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基料、硫酸钡、石墨烯、气相缓蚀剂和助剂混合，得到均匀的混合物；
将所述混合物加热至熔融态挤出；
对挤出物进行压片并冷却，得到片状物；
将所述片状物进行粉碎和细磨；
对细磨后的物料进行筛分；
将筛分的产品与片状铝粉或珠光粉进行绑定处理，即得。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，未通过筛分的物料返回上一步骤再次进行粉碎和细磨。
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