CN109627872A - 一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法，属于防腐涂料技术领域。一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，包括如下质量百分比的组分：水性丙烯酸乳液30～40％，水性环氧酯树脂10～20％，pH调节剂1～2％，助溶剂2～3％，防闪锈剂1～2％，润湿分散助剂0.8～1.2％，防锈填料10～15％，炭黑色粉1～3％，石墨烯1～3％，增稠剂0.3～0.6％，消泡剂0.2～0.6％，硅溶胶3～5％，余量为去离子水。本发明的含石墨烯水性丙烯酸防腐涂料，干燥快，耐高温，防水、防腐性能高，VOC含量低，施工方便、制作成本低。

Description

一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法，属于防腐涂料技术领域。
背景技术
目前，水性防腐涂料的发展比较迅猛，高性能的防腐涂料收到市场的追捧。然而，水性防腐涂料的蓬勃发展并不能掩盖其与溶剂型的差距。尤其是在轻防腐领域，大量的钢构防腐、民用防腐、机械防腐等，受原材料的限制，水性单组分自干型防腐涂料难以满足需求，仍与溶剂型涂料存在较大差距。迫使这些客户采用水性双组份环氧底漆加水性面漆，虽然水性双组份环氧漆增加了水性漆的漆膜性能，但是对水性漆的环保性有一定的影响，会增加一些有机挥发物(VOC)排放和气味。同时，双组份水性木器漆的涂装成本也比单组份水性木器漆最少高出一倍以上。
常用的水性丙烯酸防腐涂料具有耐候性、耐热性和成本低等诸多优点，但仍然存在一些不容忽视的问题，比如为使丙烯酸树脂具备水溶性的特点，在其制备过程中必须引入亲水基团，因而会导致涂膜的耐水性和耐腐蚀性变差，干燥速度慢，涂膜的硬度也随之下降，成本高、使用性能低，通常溶剂型的涂料中有机挥发物(VOC)含量高，会对大气造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种干燥快，耐高温，防水、防腐性能高，VOC含量低的单组份自干型的含石墨烯水性丙烯酸防腐涂料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，包括如下质量百分比的组分：
水性丙烯酸乳液30～40％，水性环氧酯树脂10～20％，pH调节剂1～2％，助溶剂2～3％，防闪锈剂1～2％，润湿分散助剂0.8～1.2％，防锈填料10～15％，炭黑色粉1～3％，石墨烯1～3％，增稠剂0.3～0.6％，消泡剂0.2～0.6％，硅溶胶3～5％，余量为去离子水。
与现有技术相比，本发明将水性丙烯酸乳液和水性环氧酯树脂配合作为主要成膜物质，能在一定程度上弥补丙烯酸乳液中亲水基团过多从而耐水性和耐腐蚀性较差的问题，再配合以石墨烯，其优异的导电性、物理机械性能和对水分子及空气的屏蔽作用可进一步提高涂料的耐高温、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。但是环氧酯树脂和石墨烯的加入都会导致漆膜干燥速度降低。本发明在加入水性环氧酯树脂和石墨烯的情况下，加入少量的硅溶胶，再对其余助剂进行调整，即大大提高了漆膜的干燥速度和抗污能力。因硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂，但是硅溶胶能与水性丙烯酸乳液任意相溶，两者的特性相互补充，配合使用可以弥补硅溶胶成膜过程中体积收缩的缺点，配制出性能优良的涂料。因此，水性丙烯酸乳液、水性环氧酯树脂与硅溶胶结合使用，并配合其他组分的加入，在漆膜成膜干燥过程中，使单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，形成的漆膜致密且较硬，具有防火耐高温、不产生静电、空气中各种尘埃难粘附、附着力强和高耐水抗污能力。
优选地，所述的水性丙烯酸乳液为阴离子型丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液。
优选地，所述的水性环氧酯树脂为水溶性丙烯酸改性环氧酯；水性丙烯酸乳液采用阴离子型丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液，水性环氧酯树脂采用水溶性丙烯酸改性环氧酯，两者形成的共聚物中含有多种亲水基团，增加其水溶性，在保证涂料的各种性能的条件下，可以用水代替涂料中大部分的有机挥发性溶剂，达到降低污染和制作成本的目的。
优选地，所述助溶剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合物，混合物中二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚质量比为2:3；所述消泡剂为自乳化型的磷酸酯类消泡剂和含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷共聚物的混合物，混合物中自乳化型的磷酸酯类消泡剂和含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷共聚物的比例为1:1。
优选地，所述的湿润分散助剂为水性阴离子含氟表面活性剂和有机硅双生表面活性剂的混合物，混合物中水性阴离子含氟表面活性剂和有机硅双生表面活性剂的质量比为1:1。
优选地，所述的防锈填料为复合磷酸锌。
优选地，所述石墨烯为鳞状石墨烯粉。
优选地，所述增稠剂为非离子型聚氨酯和不含溶剂的缔合型聚氨酯流平流变助剂的质量比为1:1的混合液。
优选地，所述PH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
a、在混合容器内按质量比加入水性环氧酯树脂和助溶剂，800～1000r/min搅拌5min；
b、按质量比依次加入去离子水、PH调节剂、湿润分散助剂和消泡剂，800～1000r/min搅拌10min；
c、按质量比加入炭黑色粉、防锈填料、石墨烯和硅溶胶，1000～1200r/min搅拌30min；
d、将混合容器内的混合物研磨至细度低于20微米；
e、在1000r/min转速下，步骤d中研磨好的混合物加入到水性丙烯酸乳液中，搅拌20min；
f、在800r/min转速下，按质量比依次加入防闪锈剂和增稠剂，继续搅拌10～15min。
该方法得到的含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料干燥快、硬度高、施工方便、制作成本低且VOC含量极低，是一种新型高性能水性丙烯酸防腐涂料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1～3的原料的质量百分比见下表：
原料 实施例1 实施例2 实施例3
水性丙烯酸乳液 30 35 40
水性环氧酯树脂 20 15 10
去离子水 25.7 22.7 18.6
PH调节剂 2 1.5 1
助溶剂 3 2.5 2
防闪锈迹 1 1.5 2
湿润分散助剂 0.8 1 1.2
复合磷酸锌 10 12 15
炭黑色粉 3 2 1
鳞片石墨烯粉 1 2 3
增稠剂 0.3 0.4 0.6
消泡剂 0.2 0.4 0.6
硅溶胶 3 4 5
总量％ 100 100 100
实施例1～3的原料中，其中水性丙烯酸乳液采用万华化学的0620；水性环氧酯树脂采用常州广树的GS-5000B；PH调节剂采用ANGUS的Amp-95；助溶剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的质量比为2:3的混合物；防闪锈迹采用深圳凯思特的FD160；湿润分散助剂采用杜邦的水性阴离子含氟表面活性剂FS-63和有机硅双生表面活性剂BYK-190的混合物，混合物中FS-63和BYK-190的质量比为1:1；炭黑色粉采用日本三菱的MA100；增稠剂为非离子型聚氨酯Borchi Gel 0620和不含溶剂的缔合型聚氨酯流平流变助剂DeuRheo WT-204的混合物，混合物中Borchi Gel 0620和DeuRheo WT-204质量比为1:1；消泡剂为自乳化型的磷酸酯类消泡剂MOUSSEX941PL和含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷共聚物Tego901W的混合物，混合物中MOUSSEX941PL和Tego901W的质量比为1:1；硅溶胶采用依卡化学的WV33。
实施例1～3的含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料的制备方法为：
a、在混合容器内按质量比加入水性环氧酯树脂和助溶剂，800r/min搅拌5min；
b、按质量比依次加入去离子水、PH调节剂、湿润分散助剂和消泡剂，1000r/min搅拌10min；
c、按质量比加入炭黑色粉、复合磷酸锌、鳞片石墨烯粉和硅溶胶，1200r/min搅拌30min；
d、将混合容器内的混合物研磨至细度低于20微米；
e、在1000r/min转速下，将步骤d中研磨好的混合物加入到水性丙烯酸乳液中，搅拌20min；
f、在800r/min转速下，按质量比依次加入防闪锈剂和增稠剂，继续搅拌15min，得到含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料。
对比例1～2的原料的质量百分比见下表：
对比例1～2的具体原料种类及制备方法与实施例1相同。
对实施例1～3和对比例1～2中得到的含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料的各性能指标进行检测，检测结果如下：
组别 表干时间 实干时间 耐水性 耐盐雾性 附着力 耐高温500℃
实施例1 ≤5min ≤12h 240h 1200h 0级 不变色
实施例2 ≤5min ≤12h 240h 1200h 0级 不变色
实施例3 ≤5min ≤12h 240h 1200h 0级 不变色
对比例1 ≤20min ≤25h 110h 150h 1级 不变色
对比例2 ≤20min ≤25h 90h 100h 1级 碳化变黑
根据上述检测结果可见，各实施例的含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料成膜干燥速度快，成膜后具有较高的附着力、耐高温、耐水性和耐盐雾性能，且表干时间和实干时间非常短，使用效率较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：
水性丙烯酸乳液30～40％，水性环氧酯树脂10～20％，pH调节剂1～2％，助溶剂2～3％，防闪锈剂1～2％，润湿分散助剂0.8～1.2％，防锈填料10～15％，炭黑色粉1～3％，石墨烯1～3％，增稠剂0.3～0.6％，消泡剂0.2～0.6％，硅溶胶3～5％，余量为去离子水。
2.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述的水性丙烯酸乳液为阴离子型丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液。
3.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述的水性环氧酯树脂为水溶性丙烯酸改性环氧酯。
4.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述助溶剂为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚的混合物，混合物中二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚质量比为2:3；所述消泡剂为自乳化型的磷酸酯类消泡剂和含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷共聚物的混合物，混合物中自乳化型的磷酸酯类消泡剂和含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷共聚物的比例为1:1。
5.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述的湿润分散助剂为水性阴离子含氟表面活性剂和有机硅双生表面活性剂的混合物，混合物中水性阴离子含氟表面活性剂和有机硅双生表面活性剂的质量比为1:1。
6.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述的防锈填料为复合磷酸锌。
7.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯为鳞状石墨烯粉。
8.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述增稠剂为非离子型聚氨酯和不含溶剂的缔合型聚氨酯流平流变助剂的质量比为1:1的混合液。
9.如权利要求1所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料，其特征在于：所述PH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
10.如权利要求1～9任一项所述的一种含石墨烯的水性丙烯酸防腐涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、在混合容器内按质量比加入水性环氧酯树脂和助溶剂，800～1000r/min搅拌5min；
b、按质量比依次加入去离子水、PH调节剂、湿润分散助剂和消泡剂，800～1000r/min搅拌10min；
c、按质量比加入炭黑色粉、防锈填料、石墨烯和硅溶胶，1000～1200r/min搅拌30min；
d、将混合容器内的混合物研磨至细度低于20微米；
e、在1000r/min转速下，步骤d中研磨好的混合物加入到水性丙烯酸乳液中，搅拌20min；
f、在800r/min转速下，按质量比依次加入防闪锈剂和增稠剂，继续搅拌10～15min。
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