CN109486359A - 一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含石墨烯‑锌粉的长效重防腐涂料及其制备方法，其中防腐涂料将石墨烯加入到防腐涂料中，利用其超大的比表面积、优异的导电性和防腐性能，大大降低了锌粉的含量，减少了焊接、切割时的锌雾，环境友好。本发明提供的重防腐涂料虽然锌粉用量远低于现行的HG/T3668‑2009标准，但是涂层经过3500h盐雾试验不起泡、不生锈，对基材的附着力可以达到16MPa以上，远远高于现行的HG/T3668‑2009标准，并且涂层经过长达1年的阴极剥离试验不起泡、不剥离。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境重防腐涂料技术领域，具体涉及一种含有石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料及其制备方法。
背景技术
采用防腐涂料对金属进行保护是最为简便和有效的防腐手段。环氧富锌涂料是一种经典的防腐涂料，水分浸入涂膜后锌粉与钢铁形成微电池，由于锌的电化学电位比钢铁低，腐蚀电流从锌流向钢铁，对钢铁产生阴极保护效应，从而达到良好防腐效果。
在行业标准HG/T3668-2009《富锌底漆》中，明确指出了Ⅱ型富锌底漆(即有机类富锌底漆)的金属锌含量及附着力和耐盐雾性能要求：
无机富锌底漆：金属锌含量≥80％、Ⅰ型1类，附着力≥3MPa、耐盐雾1000h；
无机富锌底漆：金属锌含量≥70％、Ⅰ型2类，附着力≥3MPa、耐盐雾800h；
无机富锌底漆：金属锌含量≥60％、Ⅰ型3类，附着力≥3MPa、耐盐雾500h；
有机富锌底漆：金属锌含量≥80％、Ⅱ型1类，附着力≥6MPa、耐盐雾600h；
有机富锌底漆：金属锌含量≥70％、Ⅱ型2类，附着力≥6MPa、耐盐雾400h；
有机富锌底漆：金属锌含量≥60％、Ⅱ型3类，附着力≥6MPa、耐盐雾200h。
虽然环氧富锌涂料拥有较好的防腐性能，但是涂料中高含量的金属锌也带来一系列问题：第一，设备涂装后增重较大；第二，涂层的柔韧性以及对金属的附着力较差；第三，锌粉与空气中二氧化碳、二氧化硫或者盐分中的氯离子接触生成疏松的锌盐类，使涂层的机械强度恶化，涂层破坏时仍有大量金属锌为发挥作用而白白浪费；第四，涂层中锌粉不断被氧化，后期的防腐效率不断降低；第五，焊接、切割时产生的锌雾，对车间人员身体健康有较大危害。
石墨烯作为一种新型的有碳原子构成的单片层状结构的二维材料，具有极高的径厚比，极少量的添加就能在涂膜内部形成连续的屏蔽层，达到提高涂层的防腐性能的目的。另外，石墨烯还具有优异的导电性能，在涂层中与锌粉形成三维导电网络，石墨烯的加入可以大大减少锌粉的投入，降低锌粉用量，提高涂层的柔韧性和附着力。
因此，亟待提供一种锌粉含量低、柔韧性好、对金属粘附力强、防腐效果好、寿命长的石墨烯-锌粉长效重防腐涂料。
发明内容
发明目的
针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够用于海洋环境的石墨烯-锌粉重防腐涂料及其制备方法，所述涂料柔韧性较好，对金属附着力较高，对海洋环境使用的金属提供更长寿命的保护，且环境友好。
发明技术解决方案
为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，包括含有成膜树脂的A组份和含有固化剂的B组份；其中A组份按质量百分比包括如下组分：环氧树脂15～25wt％，石墨烯1～3.5wt％，锌粉15～45wt％，填料20～35wt％，防沉剂1～5wt％，有机溶剂10～24wt％；所述A组分原料的质量百分比之和为100％；B组份按质量百分比包括如下组分：聚酰胺40～70wt％，促进剂2～7wt％，硅烷偶联剂5～10wt％，有机溶剂15～50wt％；所述B组分原料的质量百分比之和为100％。将石墨烯加入到防腐涂料中，利用其超大的比表面积、优异的导电性和防腐性能，大大降低了锌粉的含量，减少了焊接、切割时的锌雾，同时大大提升了涂层的防腐效果、使用寿命。将硅烷偶联剂引入涂料B组分中，利用硅烷偶联剂与金属基材之间的强相互作用显著提升了涂层与金属基材之间的附着力。
优选的，A组分中环氧树脂的质量百分含量可以是15wt％、17wt％、19wt％、21wt％、23wt％、25wt％等，石墨烯的质量百分含量可以是1.0wt％、1.3wt％、1.6wt％、1.9wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％、3.1wt％、3.5wt％等，锌粉的质量百分含量可以是15wt％、19wt％、23wt％、27wt％、31wt％、33wt％、37wt％、41wt％、45wt％等，填料的质量百分含量可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％等，防沉剂的质量百分含量可以是1.0wt％、2.0wt％、3.0wt％、4.0wt％、5.0wt％等，有机溶剂的质量百分含量可以是10wt％、13wt％、16wt％、20wt％、22wt％、24wt％等。
优选的，B组分中聚酰胺的质量百分含量可以是40wt％、44wt％、48wt％、51wt％、54wt％、58wt％、62wt％、66wt％、70wt％等，促进剂的质量百分含量可以是2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％等，硅烷偶联剂的质量百分含量可以是5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等，有机溶剂的质量百分含量可以是15wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％等。
优选地，所述涂料中A组分中的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和脂环式环氧树脂中的任意一种或者几种的混合物，优选双酚A型环氧树脂，进一步的优选环氧树脂E44。
优选地，所述涂料中A组分中的石墨烯的碳的质量分数包括70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％、98wt％等，石墨烯的碳的质量分数越高导电性越好，优选碳的质量分数≥90wt％的石墨烯。
优选地，所述涂料中A组分中的锌粉粒径包括300目、400目、500目、600目、700目、800目、900目、1000目等，优选800目球形锌粉。
优选地，所述涂料中A组分中的填料包括沉淀碳酸钙粉、沉淀硫酸钡粉、石膏粉、白炭黑、滑石粉、高岭土粉、硅灰石粉、云母氧化铁粉、玻璃鳞片粉、云母粉、立德粉、钛白粉、长石粉中的任意一种或者几种的混合物，优选滑石粉、硅灰石粉与云母粉的质量比为5:3:3的混合物。
优选地，所述涂料中A组分中的防沉剂包括膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中的任意一种或者几种的混合物，优选气相二氧化硅与膨润土的质量比为1:1的混合物。
优选地，所述涂料中B组分中的固化剂包括脂肪族多元胺类固化剂、脂肪胺加成物类固化剂、聚酰胺类固化剂、双氰胺类固化剂、酮亚胺类固化剂和曼尼希碱类固化剂等，优选聚酰胺类固化剂，进一步优选聚酰胺650。
优选地，所述涂料中B组分中的促进剂包括三乙胺、三乙羟基胺、苄基二甲胺、二甲氨基甲基苯酚和三(二甲氨基甲基)苯酚等，优选三(二甲氨基甲基)苯酚。
优选地，所述涂料中B组分中的硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷等，优选γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述涂料中A组分和B组分中的有机溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、正丁醇、异丙醇中任意一种或者几种的混合物，优选二甲苯与正丁醇任意比例混合的混合物。
一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
Ⅰ、所述重防腐涂料A组分的制备方法为：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，进行搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，进行搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，制得A组分；
优选地，步骤(1)所述搅拌转速为1000～2000r/min，例如1000r/min、1200r/min、1500r/min、1700r/min、2000r/min等，优选1500r/min。
优选地，步骤(2)所述研磨之后的粒度为15～50μm，例如15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等，优选20μm。
优选地，步骤(3)所述搅拌转速为1000～2000r/min，例如1000r/min、1200r/min、1500r/min、1700r/min、2000r/min等，优选2000r/min。
优选地，步骤(4)所述研磨之后的粒度为15～50μm，例如15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等，优选25μm。
Ⅱ、所述重防腐涂料B组分的制备方法为：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、使用前将配制好的A组分和B组分混合得到重防腐涂料。
本发明的优点
本发明的优点在于：
(1)石墨烯加入到防腐涂料中，利用其超大的比表面积、优异的导电性和防腐性能，大大降低了锌粉的含量，减少了焊接、切割时的锌雾，环境友好。
(2)本发明提供的重防腐涂料虽然锌粉用量远低于现行的HG/T3668-2009标准，但是涂层经过3500h盐雾试验(划叉法)不起泡、不生锈，对基材的附着力可以达到16MPa以上，远远高于现行的HG/T3668-2009标准，并且涂层经过长达1年的阴极剥离试验不起泡、不剥离。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。本发明实施例1～8中涂料原材料配方列于表1。
表1实施例1～8中石墨烯-锌粉重防腐涂料配方
实施例1
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1200r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度25μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，2000r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度30μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:15混合得到重防腐涂料。
实施例2
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1000r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度15μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，1200r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度45μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:14混合得到重防腐涂料。
实施例3
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1500r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度20μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，2000r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度25μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:14混合得到重防腐涂料。
实施例4
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1500r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度40μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，1500r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度20μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:24混合得到重防腐涂料。
实施例5
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1700r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度35μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，1700r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度15μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:10混合得到重防腐涂料。
实施例6
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1300r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度20μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，1800r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度25μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:12混合得到重防腐涂料。
实施例7
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，1300r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度30μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，2000r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度40μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:15混合得到重防腐涂料。
实施例8
一种石墨烯-锌粉长效防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：
Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，2000r/min搅拌至分散均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度50μm；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，1000r/min搅拌至分散均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度35μm，制得A组分；
Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:14混合得到重防腐涂料。
性能测试
采用本发明实施例1～8制备的石墨烯-锌粉重防腐涂料和一种市售普通环氧富锌涂料性能测试结果列于表2。
表2防腐涂料性能测试结果
由表2可以看出，本发明提供的重防腐涂料在减少了大量锌粉的同时，还提升了涂料的耐盐雾性能、附着力、柔韧性和耐阴极剥离性能等综合性能，避免了富锌涂料带来的环境污染和焊接过程中产生的有害气体。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。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)
1.一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于，包括含有成膜树脂的A组份和含有固化剂的B组份；
其中A组份按质量百分比包括如下组分：环氧树脂15～25wt％，石墨烯1～3.5wt％，锌粉15～45wt％，填料20～35wt％，防沉剂1～5wt％，有机溶剂10～24wt％；所述A组分原料的质量百分比之和为100％；
B组份按质量百分比包括如下组分：聚酰胺40～70wt％，促进剂2～7wt％，硅烷偶联剂5～10wt％，有机溶剂15～50wt％；所述B组分原料的质量百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：A组分中的石墨烯的碳的质量分数≥90wt％。
3.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：A组分中的锌粉粒径是300目、400目、500目、600目、700目、800目、900目、1000目。
4.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：A组分中的填料为沉淀碳酸钙粉、沉淀硫酸钡粉、石膏粉、白炭黑、滑石粉、高岭土粉、硅灰石粉、云母氧化铁粉、玻璃鳞片粉、云母粉、立德粉、钛白粉、长石粉中的任意一种或者几种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：A组分中的防沉剂为膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中的任意一种或者几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：B组分中的固化剂包括脂肪族多元胺类固化剂、脂肪胺加成物类固化剂、聚酰胺类固化剂、双氰胺类固化剂、酮亚胺类固化剂或曼尼希碱类固化剂。
7.如权利要求1所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料，其特征在于：B组分中的硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷。
8.制备如权利要求1～7任一所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
Ⅰ、A组分的制备方法为：
(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂搅拌至分散均匀；
(2)对步骤(1)得到的混合物进行研磨；
(3)将A组分配方量的锌粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，进行搅拌至分散均匀；
(4)对步骤(3)得到的混合物进行研磨，制得A组分；
Ⅱ、B组分的制备方法为：
(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂混合均匀，制得B组分；
Ⅲ、使用前将配制好的A组分和B组分混合得到重防腐涂料。
9.如权利要求8所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(3)中搅拌转速为1000～2000r/min。
10.如权利要求12所述的一种含石墨烯-锌粉的长效重防腐涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(4)中研磨之后混合物的粒度为15～50μm。
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