CN110041800A - 一种基于改性石墨烯的防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改性石墨烯的防腐涂料及其制备方法。所述防腐涂料由改性石墨烯、成膜物质、溶剂、填充剂、消泡剂、润湿剂和抗菌剂制成，所述改性石墨烯是由石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:6‑8:0.5‑0.8混合制成，所述多孔材料是由哈密瓜皮干燥、粉碎后炭化得到。本发明以哈密瓜皮为原料制作多孔材料，能够有效负载石墨烯，使得石墨烯均匀的分布在多孔材料中，不易发生团聚重叠的现象，使涂料本身具有良好的相容性。在耐酸性、耐碱性测试30天内，涂覆所述防腐涂料的涂层未见生锈、剥落等现象，显示本发明防腐涂料对基底具有优异的防腐保护能力。

Description

一种基于改性石墨烯的防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，具体涉及一种基于改性石墨烯的防腐涂料及其制备方法。
背景技术
随着金属材料在各行各业的应用越来越广泛，金属及其构件的防腐问题也得到了越来越多的重视。石墨烯作为新型的二维纳米材料，具有优异的防腐阻隔性能，能够显著提高涂料对基底的防腐保护能力。但在实际应用中，由于石墨烯的比表面积和表面张力很大，表面活性高，自身极易发生团聚的现象，应用于涂料时内部产生应力集中，造成防腐性能下降，因此制备无聚集的稳定分散的石墨烯防腐涂料仍是难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、防腐效果优异的基于改性石墨烯的防腐涂料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于改性石墨烯的防腐涂料，所述防腐涂料由改性石墨烯、成膜物质、溶剂、填充剂、消泡剂、润湿剂和抗菌剂制成，所述改性石墨烯是由石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:6-8:0.5-0.8混合制成。
进一步，所述多孔材料是由哈密瓜皮干燥、粉碎后炭化得到，具体制备方法为：将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于500-550℃炭化1-1.5h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在800-1000℃下热解1.5-2h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料。
所述防腐涂料的各原料重量份数如下：改性石墨烯5-10份、成膜物质 21-36份、溶剂50-70份、填充剂0.2-0.5份、润湿剂0.2-0.5份、消泡剂0.15-0.35份、抗菌剂0.5-1份。
所述成膜物质是由酚醛环氧树脂和丙二醇甲醚醋酸酯按照重量比为1:2-5组成。
所述溶剂为正丁醇或乙醇。
所述填充剂为滑石粉或白炭黑。
所述消泡剂为德谦DF7072或德谦6800。
所述润湿剂为陶氏X-405。
所述抗菌剂为纳米银抗菌剂。
本发明还提供了所述基于改性石墨烯的防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：1）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉加入搅拌容器中，在1000-1500r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；2）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至60-70℃，在400-600r/min的转速下搅拌分散20-30min；3）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在800-1000r/min的转速下搅拌分散30-40min；4）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌20-30min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
本发明采用以上技术方案，其优点在于：1、本发明将多孔材料作为石墨烯的载体，石墨烯均匀的分布在多孔材料中，改性石墨烯与溶剂混合后，石墨烯可以均匀分散，不易发生团聚重叠的现象，使涂料本身具有良好的相容性。2、本发明以生产上通常被废弃处理的哈密瓜皮为原料制作多孔材料，原料易得，价格低廉，工艺简便易行，制备的多孔材料拥有高的比表面积，能够有效负载石墨烯。3、本发明使用的消泡剂为疏水二氧化硅和矿物油的混合物，具有极佳的泡沫抑制和消泡性能，在溶剂中极易分散；润湿剂陶氏X-405是烷酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，具有高HLB值，对改善体系稳定性十分有效；本发明在消泡剂、润湿剂以及填充剂这3个功能助剂的协同作用以及搅拌剪切力的帮助下，酚醛环氧树脂和丙二醇甲醚醋酸酯可以充分融合于每种物质的分子间，使得原料包裹成一个整体，最终形成一个稳定的体系，显著提高了涂料对基底的防腐保护能力。
具体实施方式
实施例1
一种基于改性石墨烯的防腐涂料，所述防腐涂料由如下重量份数的原料制成：
改性石墨烯5份
成膜物质：酚醛环氧树脂7份，丙二醇甲醚醋酸酯14份
溶剂：正丁醇：60份
填充剂：滑石粉：0.2份
润湿剂：陶氏X-405： 0.2份
消泡剂：德谦DF7072：0.2份
抗菌剂：纳米银：0.5份
所述防腐涂料的制备方法如下：
1）将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于500℃炭化1.5h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在800℃下热解2h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料；
2）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:6:0.5混合后加入搅拌容器中，在1000r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；
3）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至60℃，在400r/min的转速下搅拌分散30min；
4）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在800r/min的转速下搅拌分散40min；
5）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌20min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
实施例2
一种基于改性石墨烯的防腐涂料，所述防腐涂料由如下重量份数的原料制成：
改性石墨烯10份
成膜物质：酚醛环氧树脂6份，丙二醇甲醚醋酸酯30份
溶剂：正丁醇：50份
填充剂：滑石粉： 0.5份
润湿剂：陶氏X-405： 0.35份
消泡剂：德谦DF7072：0.15份
抗菌剂：纳米银：0.5份
所述防腐涂料的制备方法如下：
1）将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于550℃炭化1h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在1000℃下热解1.5h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料；
2）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1: 8:0.7混合后加入搅拌容器中，在1500r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；
3）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至70℃，在400r/min的转速下搅拌分散20min；
4）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在1000r/min的转速下搅拌分散30min；
5）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌30min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
实施例3
一种基于改性石墨烯的防腐涂料，所述防腐涂料由如下重量份数的原料制成：
改性石墨烯7.5份
成膜物质：酚醛环氧树脂10份，丙二醇甲醚醋酸酯30份
溶剂：乙醇： 70份
填充剂：白炭黑：0.35份
润湿剂：陶氏X-405：0.5份
消泡剂：德谦6800：0.35份
抗菌剂：纳米银：1份
所述防腐涂料的制备方法如下：
1）将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于500℃炭化1h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在1000℃下热解2h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料；
2）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:7:0.8混合后加入搅拌容器中，在1500r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；
3）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至70℃，在400r/min的转速下搅拌分散30min；
4）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在1000r/min的转速下搅拌分散40min；
5）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌20min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
实施例4
一种基于改性石墨烯的防腐涂料，所述防腐涂料由如下重量份数的原料制成：
改性石墨烯8份
成膜物质：酚醛环氧树脂12份，丙二醇甲醚醋酸酯24份
溶剂：乙醇： 70份
填充剂：白炭黑： 0.5份
润湿剂：陶氏X-405：0.5份
消泡剂：德谦DF7072：0.13份
抗菌剂：纳米银：0.75份
所述防腐涂料的制备方法如下：
1）将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于500℃炭化1.2h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在800℃下热解1.5h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料；
2）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:8:0.8混合后加入搅拌容器中，在1500r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；
3）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至65℃，在500r/min的转速下搅拌分散25min；
4）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在1000r/min的转速下搅拌分散30min；
5）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌30min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
将实施例1-4制备的防腐涂料涂覆于20CrMn表面，测试的性能数据如表1所示，耐酸性、耐碱性测试30天内，涂层未见生锈、剥落等现象，测试结果显示该防腐涂料具有良好的防腐性能。
表1
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
涂层厚度（mm） 25 25 25 25
耐盐雾性 30天无变化 30天无变化 30天无变化 30天无变化
耐碱性(10%NaOH) 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化
耐酸性(10%NaOH) 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化 浸泡30天，涂层无变化
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述防腐涂料由改性石墨烯、成膜物质、溶剂、填充剂、消泡剂、润湿剂和抗菌剂制成，所述改性石墨烯是由石墨烯、多孔材料和陶瓷粉按照重量比1:6-8:0.5-0.8混合制成。
2.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述多孔材料是由哈密瓜皮干燥、粉碎后炭化得到，具体制备方法为：将粉碎后的哈密瓜皮置于炭化炉中，在惰性气体保护下于500-550℃炭化1-1.5h得到炭化料，将所述炭化料与碳酸氢钠按照重量比1:2混合后在水中磁力搅拌均匀，然后烘干，将烘干后的物料置于石墨坩埚中，在800-1000℃下热解1.5-2h，所得物料冷却后用盐酸洗涤、烘干得到多孔材料。
3.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述防腐涂料的各原料重量份数如下：改性石墨烯5-10份、成膜物质 21-36份、溶剂50-70份、填充剂0.2-0.5份、润湿剂0.2-0.5份、消泡剂0.15-0.35份、抗菌剂0.5-1份。
4.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述成膜物质是由酚醛环氧树脂和丙二醇甲醚醋酸酯按照重量比为1:2-5组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述溶剂为正丁醇或乙醇。
6.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉或白炭黑。
7.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述消泡剂为德谦DF7072或德谦6800。
8.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述润湿剂为陶氏X-405。
9.根据权利要求1所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料，其特征在于：所述抗菌剂为纳米银抗菌剂。
10.如权利要求1-9之一所述的一种基于改性石墨烯的防腐涂料的制备方法，其特征在于：1）将石墨烯、多孔材料和陶瓷粉加入搅拌容器中，在1000-1500r/min的转速下，搅拌均匀，得到改性石墨烯；2）在搅拌容器中加入成膜物质、1/2量改性石墨烯和溶剂，加热至60-70℃，在400-600r/min的转速下搅拌分散20-30min；3）在搅拌容器中加入剩余的改性石墨烯、填充剂、消泡剂和润湿剂，在800-1000r/min的转速下搅拌分散30-40min；4）在搅拌容器中加入抗菌剂，继续搅拌20-30min，静置，出料，得到所述基于改性石墨烯的防腐涂料。
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