CN109627950A - 一种石墨烯防腐水性涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯防腐水性涂料，按重量份计，其基本配方是：石墨烯改性水性聚氨酯‑环氧树脂45.0～65.0份、流平剂0.2～0.4份、填料10.0～25.0份、成膜助剂3.5～6.0份、丙二醇3.5～5.0份、润湿剂0.2～0.4份、消泡剂0.2～0.5份、分散剂0.4～0.8份、增稠防沉剂0.1～0.4份、多功能助剂0.4～0.8份、蒸馏水10.0～20.0份；本发明制得的一种石墨烯防腐水性涂料，结合了环氧树脂与聚氨酯树脂的特性，其具有良好的附着力、施工简单、交联密度高、耐腐蚀性能好、耐久稳定性好等性能，同时结合了石墨烯结构的特性，无需外加防腐剂，防腐效果良好持久，可适应与多种不同的环境。

Description

一种石墨烯防腐水性涂料

技术领域

本发明涉及一种水性涂料，更涉及一种石墨烯防腐水性涂料，属于水性功能涂料技术领域。

背景技术

金属腐蚀是外界因素对金属的破坏作用。金属腐蚀总是从表露开始，向内部蔓延，或同时向表里其他部分扩展。在近三十年来，由于石油及化学工业的发展和海洋工程技术的进步，要求金属材料及其构件能在更为苛刻的腐蚀环境使用，比如化工环境和海洋环境，这就对处于苛刻腐蚀环境中的金属结构的保护提出了更高的要求。

随着环境污染问题的严重以及石油资源的枯缺，水性涂料研究和开发已经引起了人们的广泛关注，并具有十分广阔的发展前景。目前现有的水性金属涂料普遍存在防腐蚀期限较短、对表面处理要求高、颜填料分散稳定性较差、涂装后易发生闪蚀等问题。

中国专利CN106833273A公开了一种水性环氧防腐涂料，其主要包括水性环氧树脂25～35%、水性环氧固化剂7～12%、消泡剂1～4%、杀菌剂1～4%、阻燃剂2～5%、分散剂1～3%、磷酸锌防锈颜料3～6%、氧化铁红4～8%、纳米二氧化硅4～8%、二氧化钛5～10%、炭黑5～10%、填料6～9%、二丙酮醇1～4%、去离子水7～15%，其具有涂膜坚韧、耐磨、附着力好、耐化学腐蚀性的特性；上述发明防腐涂料需加入搭配固化剂使用，这造成施工时较麻烦，添加的颜料为防锈颜料，存在分散不均，易沉淀等问题。

因此，开发一种环境友好的防腐水性涂料，无需外加防腐蚀剂显得尤为重要。

发明内容

石墨烯是单层碳原子紧密排列的一种炭质新材料，具有优异的综合性能，如高导电性、导热性、高强度等特性，而且石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。具有良好的防腐蚀性能。

本发明克服物理外加防腐蚀剂的缺点，以石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂作为水性涂料基料，石墨烯具有良好的防腐蚀性能，且石墨烯通过化学键引入水性聚氨酯-环氧树脂结构上，其具有高的交联密度，能形成致密的保护膜。

本发明的目的旨在提供一种石墨烯防腐水性涂料。

本发明的另一目的旨在提供一种石墨烯防腐水性涂料的配制方法。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：按重量份计，其基本配方是：石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂45.0～65.0份、流平剂0.2～0.4份、填料10.0～25.0份、成膜助剂3.5～6.0份、丙二醇3.5～5.0份、润湿剂0.2～0.4份、消泡剂0.2～0.5份、分散剂0.4～0.8份、增稠防沉剂0.1～0.4份、多功能助剂0.4～0.8份、蒸馏水10.0～20.0份。

所述一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂，按重量份计，其组成为：多异氰酸酯8.0～20.0份、多元醇2.0～6.0份、多元胺类扩链剂0.5～2.0份、低聚物聚醚多元醇4.0～10.0份、二羟甲基丙酸1.5～4.5份、环氧树脂4.0～15.0份、二月桂酸二丁基锡0.01～0.1份、石墨烯0.5～2.5份、丙酮4.0～10.0份、中和剂1.0～3.0份、蒸馏水48.0～68.0份。

所述的填料为云母粉、滑石粉、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。

所述的流平剂为有机硅流平剂、聚丙烯酸酯类流平剂、氟表面活性剂中的一种或几种的组合。

所述的润湿剂为聚氧乙烯烷基醚、聚醚硅氧烷聚合物、炔二醇类聚合物中的一种或几种的组合。

所述的消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或几种的组合。

所述的增稠防沉剂为缔合性聚氨酯增稠剂、羟乙基纤维素、缩二脲增稠剂、气相二氧化硅、膨润土中的一种或几种的组合。

所述的分散剂为三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺、纤维素衍生物中的一种或几种的组合。

所述的多功能助剂为AMP-95。

所述的一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂，其制备工艺如下：

a、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方的重量份依次加入多元醇、低聚物聚醚多元醇、二羟甲基丙酸，加热升温至100℃～110℃之间真空脱水1.5～2.0h；

b、降温至70℃～75℃，抽真空，通入氮气泄压，加入环氧树脂、石墨烯，滴加多异氰酸酯，0.5～1h滴加完成。然后滴加配方量二月桂酸二丁基锡，升温至80℃～82℃反应2～2.5h，视体系粘度补充丙酮，测定NCO值，当其与设计值一致为止；

c、继续搅拌将温度降至35℃以下，缓慢滴加中和剂，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量10℃～20℃的蒸馏水，继续搅拌反应分散15 min，在搅拌条件下加入多元胺类扩链剂，高速搅拌分散1h，然后低速搅拌分散0.5h，脱丙酮，即得石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂。

本发明所述的石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂，基于申请的发明专利“一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂及其制备方法”，并作了详细描述。

本发明制得的石墨烯防腐水性涂料与其他防腐涂料相比，具有如下优势：

1）结合了石墨烯结构的特性，无需外加防腐剂，防腐效果良好持久，可适应与多种不同的环境。

2）本发明结合了环氧树脂与聚氨酯树脂的特性，其具有良好的附着力、施工简单、交联密度高、耐腐蚀性能好、耐久稳定性好等性能。

具体实施方式

本发明结合以下实例对石墨烯防腐水性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

一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂X，其制备工艺如下：

a、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方的重量百分比依次加入丁二醇3.0份、三羟甲基丙烷1.5份、聚四氢呋喃醚二醇6.0份、二羟甲基丙酸2.6份，加热升温至100℃～110℃之间真空脱水1.5～2.0h；

b、降温至70℃～75℃，抽真空，通入氮气泄压，加入石墨烯1.5份、环氧树脂8.0份，滴加六亚甲基二异氰酸酯14.0份，0.5～1h滴加完成。然后滴加配方量二月桂酸二丁基锡0.05份，升温至80～82℃反应2～2.5h，视体系粘度补充丙酮6.0份，测定NCO值，当其与设计值一致为止；

c、继续搅拌将温度降至35℃以下，缓慢滴加中和剂三乙胺1.9份，继续搅拌反应10～20min，加入计算量10℃～20℃的蒸馏水54.25份，继续搅拌反应分散15 min，在搅拌条件下加入乙二胺1.2份，高速搅拌分散1h，然后低速搅拌分散0.5h，脱丙酮，即得石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂X。

实施例2

一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂Y，其制备工艺如下：

a、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方的重量份依次加入丁二醇2.5份、甘油1.5份、聚四氢呋喃醚二醇7.0份、二羟甲基丙酸2.8份，加热升温至100℃～110℃之间真空脱水1.5～2.0h；

b、降温至70℃～75℃，抽真空，通入氮气泄压，加入石墨烯1.5份、环氧树脂4.0份，滴加异佛尔酮二异氰酸酯16.0份，0.5～1h滴加完成。然后滴加配方量二月桂酸二丁基锡0.05份，升温至80～82℃反应2～2.5h，视体系粘度补充丙酮6.0份，测定NCO值，当其与设计值一致为止；

c、继续搅拌将温度降至35℃以下，缓慢滴加中和剂三乙胺2.1份，继续搅拌反应10～20min，加入计算量10℃～20℃的蒸馏水55.55份，继续搅拌反应分散15 min，在搅拌条件下加入乙二胺1.0份，高速搅拌分散1h，然后低速搅拌分散0.5h，脱丙酮，即得石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂Y。

实施例3

一种石墨烯防腐水性涂料；按配方重量份将蒸馏水16.2份、丙二醇3.5份、润湿剂0.3份、分散剂0.6份、消泡剂0.2份投入到搅拌桶中，搅拌分散均匀，在高速分散下加入硫酸钡10.0份、钛白粉8.0份、多功能助剂0.3份搅拌分散均匀，然后低速搅拌缓慢加入石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂X 55.0份，搅拌20～25 min，再加入成膜助剂5.0份、增稠防沉剂0.2份、消泡剂0.1份、流平剂0.3份、多功能助剂0.3份，搅拌10～15 min，过滤包装，即得石墨烯防腐水性涂料。

实施例4

一种石墨烯防腐水性涂料；按配方重量份将去蒸馏水11.3份、丙二醇4.0份、润湿剂0.3份、分散剂0.6份、消泡剂0.1份投入到搅拌桶中，搅拌分散均匀，在高速分散下加入膨润土3.0份、钛白粉9.0份、硫酸钡5.0份、多功能助剂0.2份搅拌分散均匀，然后低速搅拌缓慢加入聚氨酯改性丙烯酸水性树脂Y 60.0份，搅拌20～25min，再加成膜助剂5.5份、增稠防沉剂0.2份、多功能助剂0.3份、消泡剂0.2份、流平剂0.3份，搅拌10～15min，过滤包装，即得石墨烯防腐水性涂料。

按照相关标准，对本发明的实施例与市场上防腐水性漆进行对比，检测的性能指标如表1所示。

表1实施例与市场上防腐水性漆性能对比

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	480h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	600h	240h
			耐冲击性	正常	漆膜开裂
耐人工老化性	600h	240h
			贮存稳定性50±2℃/30d	优秀	少许凝结
耐碱性（50g/L NaOH）	480h	120h
			耐酸性（50g/L H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>）	480h	120h

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 (9)

1.一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的石墨烯防腐水性涂料，按重量份计，其基本配方是：石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂45.0～65.0份、流平剂0.2～0.4份、填料10.0～25.0份、成膜助剂3.5～6.0份、丙二醇3.5～5.0份、润湿剂0.2～0.4份、消泡剂0.2～0.5份、分散剂0.4～0.8份、增稠防沉剂0.1～0.4份、多功能助剂0.4～0.8份、蒸馏水10.0～20.0份；

其中，所述一种石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂，按重量份计，其组成为：多异氰酸酯8.0～20.0份、多元醇2.0～6.0份、多元胺类扩链剂0.5～2.0份、低聚物聚醚多元醇4.0～10.0份、二羟甲基丙酸1.5～4.5份、环氧树脂4.0～15.0份、二月桂酸二丁基锡0.01～0.1份、石墨烯0.5～2.5份、丙酮4.0～10.0份、中和剂1.0～3.0份、蒸馏水48.0～68.0份。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的填料为云母粉、滑石粉、硫酸钡、膨润土、高岭土、碳酸钙、钛白粉一种或几种的组合。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的流平剂为有机硅流平剂、聚丙烯酸酯类流平剂、氟表面活性剂中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的润湿剂为聚氧乙烯烷基醚、聚醚硅氧烷聚合物、炔二醇类聚合物中的一种或几种的组合。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、矿物油类消泡剂中的一种或几种的组合。

6.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的增稠防沉剂为缔合性聚氨酯增稠剂、羟乙基纤维素、缩二脲增稠剂、气相二氧化硅、膨润土中的一种或几种的组合。

7.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的分散剂为三聚磷酸钠、聚丙烯酰胺、纤维素衍生物中的一种或几种的组合。

8.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的多功能助剂为AMP-95。

9.如权利要求1所述的一种石墨烯防腐水性涂料，其特征在于：所述的石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂，其特征在于：所述的制备方法，其制备工艺如下：

A、在装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口反应器中，按配方的重量份依次加入多元醇、低聚物聚醚多元醇、二羟甲基丙酸，加热升温至100℃～110℃之间真空脱水1.5～2.0h；

B、降温至70℃～75℃，抽真空，通入氮气泄压，加入环氧树脂、石墨烯，滴加多异氰酸酯，0.5～1h滴加完成；然后滴加配方量二月桂酸二丁基锡，升温至80℃～82℃反应2～2.5h，视体系粘度补充丙酮，测定NCO值，当其与设计值一致为止；

C、继续搅拌将温度降至35℃以下，缓慢滴加中和剂，继续搅拌反应10～20 min，加入计算量10℃～20℃的蒸馏水，继续搅拌反应分散15 min，在搅拌条件下加入多元胺类扩链剂，高速搅拌分散1h，然后低速搅拌分散0.5h，脱丙酮，即得石墨烯改性水性聚氨酯-环氧树脂。