CN109575788A - 石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，其由石墨烯改性水性苯丙乳液35.0～50.0份、氟改性苯丙乳液5.0～10.0份、气相纳米二氧化硅2.0～5.0份、硅微粉2.5～6.0份、埃康粉5.0～8.0份、填料5.0～20.0份、凹凸棒1.5～3.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～25.0份；本发明制得的一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，在一次施工中达到防腐和隔热两项需求，降低施工难度并简化对破损防处的修复，防腐隔热效果良好持久，可适应与多种不同的环境，其具有良好的附着力、施工简单、交联密度高、耐久稳定性好、表面张力低、抗静电能力优良、防腐隔热效果佳等性能。

Description

石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料

技术领域

本发明涉及一种多功能水性涂料，更涉及一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，属于水性功能涂料技术领域。

背景技术

随着国民经济的发展和科技的进步，改善民生、保护环境、节约资源、节能减排、发展循环经济已成为我国的基本国策。防腐涂料与涂装技术的发展更加注重“环保、安全、性能、成本”的综合平衡。环保与安全是防腐工业发展的前提条件，高性能、多功能、低成本是防腐业追求的目标。目前，国内应用于航天器、石油管道、储油罐、钻井平台、工业设备等的防腐涂料，主要是以环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯等为成膜物的底、中、面配套溶剂型涂料，在生产和施工过程中，由于溶剂挥发，即浪费能源又污染环境，还存在着不安全隐患，且施工工序繁琐。

钢材是制造工业设备和各类输送管道的重要材质。在一定环境下，管道受到化学、电化学及微生物侵蚀等作用，钢材会逐渐发生不可逆的腐蚀，最终导致穿孔，造成泄漏或坍塌。且钢的导热性能较好，当设备及管道中有冷、热介质运行时，为了减少与外界热交换造成的能量损耗，常常需要对设备及管道采取隔热措施。有效的防腐、隔热措施对于钢质工业设备及管道具有重要意义，它能够保障运行安全、延长使用寿命、降低运行能耗、提升经济效益。

中国专利CN104673063A公开了一种耐高温防腐隔热涂料，该耐高温防腐隔热涂料按重量份计包括以下组分，成膜树脂：45～60份，颜填料：20～30份，助剂：15～30份，溶剂：25～30份；本发明还设计一种耐高温防腐隔热涂料的制备工艺，该工艺将成膜树脂与颜填料先进行混合，依次加入消泡剂、流平剂、偶联剂、交联剂和固化剂，在常温下搅拌均匀即得到耐高温防腐隔热涂；该涂料环保、成本低、硬度高、寿命长、抗热性能好，柔韧性佳、耐高温好等优点，此发明需加入较多溶剂，在生产和施工过程中，由于溶剂挥发，即浪费能源又污染环境。

中国专利CN108504236A公开了一种水性金属防腐隔热涂料及其制备方法，其原料按重量份包括以下组分：硅苯乳液30～50份、硬硅钙石活性料浆10～20份、空心玻璃微珠6～9份、二氧化钛3～6份、分散剂0.2～0.5份、湿润剂0.1～0.3份、消泡剂0.1～0.3份、成膜助剂2.0～4.0份、增稠剂0.2～0.5份、防霉剂0.1～0.3份、防冻剂1～3份、去离子水20～30份。该种水性金属防腐隔热涂料不但具有良好的低温稳定性、耐水性、耐酸性、耐碱性、耐中性盐雾性，而且还具有的良好的涂层耐温变性、反射性和阻隔热性能、装饰性、和良好的防腐蚀性能等优点。上述发明的防腐隔热效果由添加剂提供，而添加剂易脱落，防腐隔热效果难以持久。

因此，有必要开发新型的防腐隔热一体化技术，使用一种产品、在一次施工中达成防腐和隔热两项需求，降低施工难度并简化对破损防处的修复，且其防腐隔热性能主要由成膜物质提供，为工业设备及管道的防腐隔热提供新的解决方案。

发明内容

与传统材料相比，石墨烯可以突破原有的局限，成为高效的新型屏蔽剂，满足屏蔽材料对“薄、轻、宽、高”的要求，它具有奇特的电学性能、良好的力学性能、良好的防腐蚀性能、良好的隔热性能、优异的热稳定性以及气体阻隔性能。

本发明克服物理外加石墨烯物理混合的缺点，将具有良好防腐隔热功能的特种石墨烯利用化学键固定在水性苯丙乳液结构上。

本发明的目的旨在提供一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料。

本发明的另一目的旨在提供一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料的配制方法。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：

本发明涉及一种石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料及其配制方法，按重量份计，其基本配方是：石墨烯改性水性苯丙乳液35.0～50.0份、氟改性苯丙乳液5.0～10.0份、气相纳米二氧化硅2.0～5.0份、硅微粉2.5～6.0份、埃康粉5.0～8.0份、填料5.0～20.0份、凹凸棒1.5～3.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～25.0份。

所述的填料为云母粉、硫酸钡、膨润土、高岭土、碳酸钙、钛白粉中的一种或几种的组合。

所述的助剂至少包括润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、多功能助剂、成膜助剂、纳米助剂中的一种或几种的组合。

所述的一种石墨烯改性水性苯丙乳液，其制备工艺如下：

1)、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方重量份加入低聚物聚醚多元醇，加热升温至100～110℃之间真空脱水1.5～2.0h，然后加入二羟甲基丙酸真空脱水0.5～1.0h；

2)、通入氮气泄压，降温至70～75℃加入特种石墨烯，然后缓慢滴加多异氰酸酯，搅拌反应0.5～1.0h，加入配方量二月桂酸二丁基锡，升温至85～88℃反应2～2.5h，反应期间加入丙烯酸酯单体调节粘度，降温至80℃，加入羟基丙烯酸单体，继续反应1.5h，测定NCO值，当其与设计值一致为止，得到所述的丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂预聚物；

3)、继续搅拌将上述预聚物温度降至45℃以下，高速搅拌下缓慢滴加中和剂至pH值为8.0～9.0，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量5.0℃～10℃的去离子水，继续搅拌分散10～15 min，即得所述丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂亲水预聚物，待用；

4)、预先配制好5%过硫酸铵水溶液，在四口烧瓶中加入30%上述的亲水预聚物与20%过硫酸铵水溶液，升温至80～82℃，通入氮气保护，搅拌反应0.5h，升温至82～84℃，然后同时滴加剩下70%上述亲水预聚物、80%过硫酸铵水溶液与苯乙烯，控制滴加时间为3～4h；然后升温至88～90℃，保温反应1.5h，加去离子水至规定固含，降温，过滤，即得所述的石墨烯改性水性苯丙乳液。

本发明所述的石墨烯改性水性苯丙乳液，基于申请的发明专利“石墨烯改性水性苯丙乳液及其制备方法”，并作了详细描述。

本发明制得的石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料与其他常规苯丙乳液涂料相比，具有如下优势：

1）、在一次施工中达到防腐和隔热两项需求，降低施工难度并简化对破损防处的修复，防腐隔热效果良好持久，可适应与多种不同的环境。

2）、本发明结合了石墨烯与苯丙乳液的特性，其具有良好的附着力、施工简单、交联密度高、耐久稳定性好、抗静电能力优良、表面张力低、防腐隔热效果佳等性能。

3）、以水为稀释剂，对环境无污染。

具体实施方式

本发明结合以下实例对石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料及其制备方法做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1

石墨烯改性水性苯丙乳液X，其制备工艺如下：

1)、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方重量份加入聚四氢呋喃多元醇4.0份，加热升温至100～110℃之间真空脱水1.5～2.0h，然后加入二羟甲基丙酸3.2份真空脱水0.5～1.0h；

2)、通入氮气泄压，降温至70～75℃加入特种石墨烯2.0份，然后缓慢滴加六亚甲基二异氰酸酯6.8份，搅拌反应0.5～1.0h，加入配方量二月桂酸二丁基锡0.05份，升温至85～88℃反应2～2.5h，反应期间加入甲基丙烯酸甲酯5.5份、丙烯酸丁酯1.8份调节粘度，降温至80℃，加入丙烯酸羟乙酯1.8份，继续反应1.5h，测定NCO值，当其与设计值一致为止，得到所述的丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂预聚物；

3)、继续搅拌将上述预聚物温度降至45℃以下，高速搅拌下缓慢滴加三乙胺3.3份至pH值为8.0～9.0，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量5.0℃～10℃的去离子水30.0份，继续搅拌分散10～15 min，即得所述丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂亲水预聚物，待用；

4)、预先配制好5%过硫酸铵水溶液3.0份，在四口烧瓶中加入30%上述的亲水预聚物与0.6份过硫酸铵水溶液，升温至80～82℃，通入氮气保护，搅拌反应0.5h，升温至82～84℃，然后同时滴加剩下70%上述亲水预聚物、2.4份过硫酸铵水溶液与苯乙烯20.0份，控制滴加时间为3～4h；然后升温至88～90℃，保温反应1.5h，加去离子水18.55份，降温，过滤，得固含44.5%的所述石墨烯改性水性苯丙乳液X。

实施例2

石墨烯改性水性苯丙乳液Y，其制备工艺如下：

1)、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方重量份加入聚四氢呋喃多元醇3.8份，加热升温至100～110℃之间真空脱水1.5～2.0h，然后加入二羟甲基丙酸3.1份真空脱水0.5～1.0h；

2)、通入氮气泄压，降温至70～75℃加入特种石墨烯1.9份，然后缓慢滴加异佛尔酮二异氰酸酯7.8份，搅拌反应0.5～1.0h，加入配方量二月桂酸二丁基锡0.05份，升温至85～88℃反应2～2.5h，反应期间加入丙烯酸甲酯6.2份、甲基丙烯酸丁酯2.1份调节粘度，降温至80℃，加入丙烯酸羟丙酯2.0份，继续反应1.5h，测定NCO值，当其与设计值一致为止，得到所述的丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂预聚物；

3)、继续搅拌将上述预聚物温度降至45℃以下，高速搅拌下缓慢滴加三乙胺3.2份至pH值为8.0～9.0，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量5.0℃～10℃的去离子水30.0份，继续搅拌分散10～15 min，即得所述丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂亲水预聚物，待用；

4)、预先配制好5%过硫酸铵水溶液3.0份，在四口烧瓶中加入30%上述的亲水预聚物与0.6份过硫酸铵水溶液，升温至80～82℃，通入氮气保护，搅拌反应0.5h，升温至82～84℃，然后同时滴加剩下70%上述亲水预聚物、2.4份过硫酸铵水溶液与苯乙烯19.0份，控制滴加时间为3～4h；然后升温至88～90℃，保温反应1.5h，加去离子水17.85份，降温，过滤，得固含45.0%的所述石墨烯改性水性苯丙乳液Y。

实施例3

按配方重量份将去离子水10.0份、润湿剂0.3份、分散剂0.8份、消泡剂0.2份投入到搅拌釜中，搅拌均匀；在高速分散条件下依此加入硫酸钡6.0份、钛白粉8.0份、气相纳米二氧化硅3.0份、凹凸棒2.0份、硅微粉3.5份、埃康粉6.0份、多功能助剂0.3份，搅拌分散至细度达标，然后冷却至室温，低速搅拌缓慢加入石墨烯改性水性苯丙乳液X 40.0份、氟改性苯丙乳液6.0份，搅拌均匀，低速搅拌条件下依此加入成膜助剂3.5份、消泡剂0.1份、流平剂0.3份，搅拌10～15 min，加去离子水10.0份调至规定固含，搅拌均匀，过滤包装。

实施例4

按配方重量份将去离子水10.0份、润湿剂0.3份、分散剂1.0份、消泡剂0.2份投入到搅拌釜中，搅拌均匀；在高速分散条件下依此加入高岭土4.0份、钛白粉10.0份、气相纳米二氧化硅3.5份、凹凸棒2.0份、硅微粉3.0份、埃康粉6.5份、多功能助剂0.3份，搅拌分散至细度达标，然后冷却至室温，低速搅拌缓慢加入石墨烯改性水性苯丙乳液Y 43.0份、氟改性苯丙乳液8.0份，搅拌均匀，低速搅拌条件下依此加入成膜助剂4.0份、消泡剂0.1份、流平剂0.3份，搅拌10～15 min，加去离子水3.8份调至规定固含，搅拌均匀，过滤包装。

按照相关标准，对本发明的实施例与常规苯丙乳液涂料进行对比，检测的性能指标如表1所示。

表1实施例与常规苯丙乳液涂料性能对比

检测项目	实施例	对比例
			容器中状态	均匀、无硬块	均匀、无硬块
耐水性	960h正常	240h正常
			附着力	0级	1级
冻融稳定性	通过	少许凝结
			耐湿热性	正常	漆膜变色
耐盐雾性	1000h	240h
			耐冲击性	正常	漆膜开裂
耐人工老化性	1000h	240h
			贮存稳定性50±2℃/30d	优秀	少许凝结
耐碱性（50g/L NaOH）	240h	120h
			耐酸性（50g/L H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>）	240h	120h
表面张力	低	高
			防腐蚀性	优秀	一般
隔热温差	18℃	6℃
			接触角	108°	70°

由表1可以看出本发明的实施例样品的耐水性、耐盐雾性、耐人工老化性、耐碱性、防腐蚀性、表面张力、隔热温差、接触角等性能远远超过常规的苯丙乳液涂料。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (4)

1.石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，其特征在于：所述的石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，按重量份计，其组成为：石墨烯改性水性苯丙乳液35.0～50.0份、氟改性苯丙乳液5.0～10.0份、气相纳米二氧化硅2.0～5.0份、硅微粉2.5～6.0份、埃康粉5.0～8.0份、填料5.0～20.0份、凹凸棒1.5～3.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～25.0份。

2.如权利要求1所述的石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，其特征在于：所述的填料为云母粉、硫酸钡、膨润土、高岭土、碳酸钙、钛白粉中的一种或几种的组合。

3.如权利要求1所述的石墨烯改性水性苯丙乳液防腐隔热涂料，其特征在于：所述的助剂至少包括润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、多功能助剂、成膜助剂、纳米助剂中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯改性水性苯丙乳液，其特征在于：所述的制备方法，其制备工艺如下：

1)、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方重量份加入低聚物聚醚多元醇，加热升温至100～110℃之间真空脱水1.5～2.0h，然后加入二羟甲基丙酸真空脱水0.5～1.0h；

2)、通入氮气泄压，降温至70～75℃加入特种石墨烯，然后缓慢滴加多异氰酸酯，搅拌反应0.5～1.0h，加入配方量二月桂酸二丁基锡，升温至85～88℃反应2～2.5h，反应期间加入丙烯酸酯单体调节粘度，降温至80℃，加入羟基丙烯酸单体，继续反应1.5h，测定NCO值，当其与设计值一致为止，得到所述的丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂预聚物；

3)、继续搅拌将上述预聚物温度降至45℃以下，高速搅拌下缓慢滴加中和剂至pH值为8.0～9.0，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量5.0℃～10℃的去离子水，继续搅拌分散10～15min，即得所述丙烯酸酯单体与聚氨酯树脂亲水预聚物，待用；

4)、预先配制好5%过硫酸铵水溶液，在四口烧瓶中加入30%上述的亲水预聚物与20%过硫酸铵水溶液，升温至80～82℃，通入氮气保护，搅拌反应0.5h，升温至82～84℃，然后同时滴加剩下70%上述亲水预聚物、80%过硫酸铵水溶液与苯乙烯，控制滴加时间为3～4h；然后升温至88～90℃，保温反应1.5h，加去离子水至规定固含，降温，过滤，即得所述的石墨烯改性水性苯丙乳液。