CN110128943A - 一种石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有长效防腐性能的石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品。该石墨烯高效能防腐涂料按照重量份数由包括以下的原料制成：树脂基体250‑300重量份，润湿分散剂2‑10重量份，消泡剂1‑5重量份，防沉剂25‑40重量份，涂料溶剂40‑70重量份，防锈颜填料550‑700重量份，粘度调节剂5‑20重量份，偶联剂4‑10重量份，固化剂90‑110重量份；其中，树脂基体包括改性小分子环氧树脂和改性大分子环氧树脂的嵌段共聚物。本发明所提供的石墨烯高效能防腐涂料具有良好渗透性和附着力以及极佳的防腐蚀性能，防腐涂层的保质年限大大延长，能够形成良好的经济效益和生态效益。

Description

一种石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品。

背景技术

由于电化学作用，富含电解质和电荷的海水会比淡水对金属造成更强的锈蚀和腐蚀效应。所以，在恶劣的海洋环境下，海洋船体和桥梁、平台很容易发生腐蚀、生锈现象，严重影响整体性能，导致船体、桥梁、平台强度下降、局部腐蚀破损、航行速度等下降等后果。而金属设备防腐蚀最有效、最常用的方法之一就是在金属表面涂覆防腐蚀涂层，以隔绝腐蚀介质和金属基体。那么，针对上述情况就需要一些性能突出的防腐涂料。但传统的防护涂层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，而且相当一部分涂层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。

目前在很多领域，特别是海洋船舶等海水作业领域采用的设备产品对超长防腐涂料的要求越来越高，而现有的防腐涂料的防腐时间很短，达不到长期免维护的要求。进而使得涂装后的工程材料在恶劣的海洋环境中很快失去保护作用，必须进行重新涂装。所以，需要开发出一种具有长效防腐性能的防腐涂料。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于如何提供一种具有长效防腐性能的石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种石墨烯高效能防腐涂料，根据本发明的实施例，该防腐涂料按照重量份数由包括以下的原料制成：

树脂基体250-300重量份，

润湿分散剂2-10重量份，

消泡剂1-5重量份，

防沉剂25-40重量份，

涂料溶剂40-70重量份，

防锈颜填料550-700重量份，

粘度调节剂5-20重量份，

偶联剂4-10重量份，

固化剂90-110重量份；

树脂基体包括改性小分子环氧树脂和改性大分子环氧树脂的嵌段共聚物，改性小分子环氧树脂是由包括石墨烯和纳米钛的原料接枝到小分子环氧树脂而得，改性大分子环氧树脂是由包括石墨烯和纳米钛的原料接枝到大分子环氧树脂而得，小分子环氧树脂的环氧值为0.60-0.80，大分子环氧树脂的环氧值为0.25-0.35。

其中，大分子环氧树脂具体可以是环氧树脂中环氧值为0.25-0.30的双酚A型，小分子环氧树脂具体可以是环氧树脂中环氧值0.60-0.80的双酚A型。石墨烯是指石墨烯纳米材料，具体可以是石墨烯或其衍生物。消泡剂具体可以指包括非有机硅和有机硅两类消泡剂在内的消泡剂。非有机硅消泡剂主要以高级脂肪醇、高级脂肪酸(酯)、聚醚和矿物油等为主要活性物，而有机硅消泡剂则是以硅油、疏水白炭黑等为主要活性物，通过乳化剂和分散剂将活性物分散在水中。润湿分散剂具体可以选择聚酯类分散剂、聚氨酯类分散剂、接枝丙烯酸共聚物中的至少一种。

根据本发明的实施例，该防腐涂料至少具有以下有益效果：

本发明所提供的防腐涂料采用了“二对二”的改性形式，即通过石墨烯和纳米钛一起对大小分子不同的两类环氧树脂进行改性，相比于传统的“一对一”的改性形式，通过嵌段接枝重聚反应形成的纳米立体结构分子纳米材料具有更好的长效防腐性能。不但具备传统富锌底漆和其他石墨烯防腐底漆的电化学阴极保保护原理，而且充分应用了纳米石墨烯SP2轨道杂化而形成多层的蜂巢晶格二维平面网络结构“迷宫效应”。改性用的石墨烯能够赋予防腐涂料一系列很好的性能，如超高的比表面积带来的优秀的致密性、良好的屏蔽性能、高导电、高强度和极佳的电化学性，在一定程度上有效地阻止和延缓水分、腐蚀介质等侵入涂覆基材，增强了防腐防护的长效性。纳米钛粒子的高活性悬合物配位，形成非常优异的化学键与化学吸附，两类成分的组合协同作用使整个涂料具有良好渗透性和附着力以及极佳的防腐蚀性能，而嵌段共聚物中大分子环氧树脂和小分子环氧树脂的结合，可以很好地弥补各自的缺点，充分利用它们的优点，从而使防腐涂层的保质年限大大延长，能够形成良好的经济效益和生态效益。

另外，根据本发明的实施例，该防腐涂料还可以具有如下的附加技术特征：

在本发明的一些实施例中，树脂基体按照重量份数由包括以下的原料制成：

大分子环氧树脂135-140重量份，

小分子环氧树脂40-45重量份，

石墨烯0.6-0.8重量份，

纳米钛60-70重量份，

有机溶剂20-30重量份，

环氧树脂改性剂0.27-0.5重量份，

催化剂0.05-0.1重量份。

其中，作为环氧树脂改性剂的材料具体可以是长链热塑性树脂、纳米粒子、有机硅化合物等，通过上述改性剂进行增韧改性和耐湿热改性，例如，纳米粒子可以是二氧化硅、二氧化钛、氮化铝、氧化铝纳米材料中的至少一种，通过上述改性剂的添加以提升环氧树脂的力学性能、玻璃化转变稳定性、热稳定性等性能。催化剂是指能够使小分子环氧树脂和大分子环氧树脂发生嵌段接枝重聚反应的催化剂。

在本发明的一些实施例中，环氧树脂改性剂为纳米氧化铝。

在本发明的一些实施例中，催化剂为苯酚、间苯二酚、甲基苯酚、双酚A等一些胺类固化剂的促进剂。

采用甲基苯酚进行催化能够有效激活化学交联反应的活性，以及交联后的成膜致密性，大大改善了其防腐涂料的实干速度，同时带来了优越的附着力和漆膜的内聚力，提高了漆膜的交联密度和玻璃化转变温度，从而大幅度地提高了涂料的耐盐雾性以及对外界环境水、氧气和其他腐蚀介质渗透的阻隔。

在本发明的一些实施例中，有机溶剂包括丁酮10-13.5重量份、N-甲基吡咯烷酮10-13.5重量份。

在本发明的一些实施例中，防沉剂按照重量份包括以下组分：有机膨润土8-10重量份、聚酰胺蜡浆15-18重量份、气相二氧化硅5-8重量份。

其中，聚酰胺蜡浆可以是一种纳米级防沉防污、触变性极佳的聚酰胺高分子材料。

在本发明的一些实施例中，润湿分散剂选择高分子接枝改性的聚酯。

在本发明的一些实施例中，消泡剂选择氟改性的非有机硅消泡剂。

在本发明的一些实施例中，防锈颜填料按照重量份包括以下组分：钝化剂3-5重量份、500目云母氧化铁30-50重量份、500目云母粉50-60重量份、500目复合铁钛粉300-325重量份、锌粉200-220重量份、石墨烯10-12重量份。

其中，石墨烯是指石墨烯纳米材料，具体可以是石墨烯或其衍生物，石墨烯衍生物可以选自氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、官能化石墨烯、官能化氧化石墨烯等。防锈颜填料中的石墨烯作为一类有效的防锈和体积填料参与整个防腐涂料的组成。

加入的防锈颜填料能够使涂料在各种金属基材中都具有广泛的适用性和渗透性，从而和各种基材都可以更好地螯合在一起，增强涂料的防腐防护的长效性。加入的石墨烯、复合铁钛粉、锌粉能够进一步增加金属基材的阴极保护作用、导电性能和涂层自我修复性，在一定程度上阻止和延缓了分子腐蚀介质的侵入，增强了涂层的耐盐雾性，使涂料能够更加适应在海上长期水汽、盐雾等苛刻环境的腐蚀。

在本发明的一些实施例中，钝化剂为2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚。

在本发明的一些实施例中，500目云母氧化铁是一种粒径为15-30μm，二氧化硅含量为2.3％的500目云母氧化铁灰。

在本发明的一些实施例中，500目云母粉是一种粒径为15-30μm，二氧化硅含量为49％的500目云母粉。

在本发明的一些实施例中，500目复合铁钛粉粒径为15-30μm，二氧化硅含量为2.3％的500目云母铁钛合金。

在本发明的一些实施例中，粒径为15-30μm，金属锌含量为96％的500目锌粉。

在本发明的一些实施例中，固化剂按照重量份包括以下组分：酚醛胺5-7重量份、聚酰胺38-40重量份、催化剂2-3重量份、二甲苯37-39重量份、正丁醇14-15重量份。

其中，酚醛胺具体可以是一种固含为100％，氢当量为125的酚醛胺；聚酰胺具体可以是一种固含为100％，氢当量为151的聚酰胺。催化剂可以是苯酚、间苯二酚、甲基苯酚、双酚A等一些胺类固化剂的环氧催化促进剂。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种石墨烯高效能防腐涂料的制备方法，根据本发明的实施例，该防腐涂料的制备方法包括以下步骤：

将小分子环氧树脂、大分子环氧树脂、石墨烯、纳米钛混合，催化形成嵌段共聚物；

加入润湿分散剂、消泡剂、防沉剂和涂料溶剂，分散；

加入防锈颜填料，混合，加入粘度调节剂调节粘度，混匀；

加入固化剂，混匀。

在本发明的一些实施例中，防腐涂料的制备方法具体包括以下步骤：

(1)将小分子环氧树脂、大分子环氧树脂、石墨烯、纳米钛混合，在改性剂和催化剂作用下，发生嵌段接枝重聚反应得到树脂基体；

(2)再将润湿分散剂、消泡剂、钝化剂、防沉剂和涂料溶剂放入分散缸搅拌，以2000rpm的转速分散30分钟至细度≤30μm；

(3)依次加入云母氧化铁、云母粉、云母复合铁钛粉、石墨烯、锌粉等多种复合防锈颜填料以2000rpm的转速搅拌30分钟至细度≤70μm；

(4)加入适量二甲苯，调粘至110-120KU/25℃搅拌均匀得到主漆成分；

(5)在另一个分散缸中配制酚醛胺、环氧催化剂、聚酰胺、二甲苯混合而成的固化剂，将固化剂和主漆成分按照(8-10)：1的配比混合得到防腐涂料。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种涂覆制品，根据本发明的实施例，该涂覆制品包括基材和涂覆于基材上的前述的防腐涂料。其中，基材可以是钢材、铝材或其它金属材料。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

实施例1：

一种石墨烯高效能防腐涂料，按照其重量份数包括如下组分：

A组分(主漆)

B组分(固化剂)

上述防腐涂料的制备方法，具体如下：

(1)将小分子环氧树脂、大分子环氧树脂、石墨烯、纳米钛混合，在改性剂和催化剂作用下，得到树脂基体；

(2)再将润湿分散剂、消泡剂、钝化剂、防沉剂和涂料溶剂放入分散缸搅拌，以2000rpm的转速分散30分钟至细度≤30μm；

(3)依次加入云母氧化铁、云母粉、云母复合铁钛粉、石墨烯、锌粉等多种复合防锈颜填料以2000rpm的转速搅拌30分钟至细度≤70μm；

(4)加入适量二甲苯，调粘至110-120KU/25℃搅拌均匀得到主漆成分；

(5)在另一个分散缸中配制酚醛胺、环氧催化剂、聚酰胺、二甲苯混合而成的固化剂，将固化剂和主漆成分按照10：1的配比混合得到防腐涂料。

一种防腐钢材，在高强钢表面涂覆有上述防腐涂料。

实施例2：

一种石墨烯高效能防腐涂料，按照其重量份数包括如下组分：A组分(主漆)

B组分(固化剂)

实施例3：

一种石墨烯高效能防腐涂料，按照其重量份数包括如下组分：

A组分(主漆)

B组分(固化剂)

实施例4

将实施例1-3中的防腐涂料按照实施例1中的方法进行制备，并对涂料的各项性能进行测试，结果如下：

从上述测试结果可以看出，本发明所提供的防腐涂料具有非常优秀的渗透深度，从而能够更好地和基材螯合到一起，增强涂料的防腐防护的长效性，而耐碱性、耐原油性、耐中性盐雾测试结果也很好地证实了这一点。

综上，与现有的石墨烯防腐涂料相比，本发明所提供的防腐涂料在防腐性能方面具有如下优点：

1)以特定的钛纳米和石墨烯纳米聚合物为成膜物，其既是活性填料，又是非常好的偶联活性剂，赋予其具有常规防腐涂料所有的特点，又是一种新型创新功能性涂料；

2)良好的渗透性和附着力，比现有石墨烯防腐底漆附着力(结合强度：拉开法)大2-4Mpa；

3)既防腐又防垢，易清洗；

4)优良的耐化学性和抗氧化性，漆膜坚韧，耐高温；

5)快速的导电性和突出的导热和散热性；

6)耐磨和耐水性好；

7)优异的致密性和屏蔽性；

8)常温或低温固化，节约能源，便于工业化推广使用，适于现场施工；

9)新型环保、无毒、低VOC排放的环保友好型防腐涂料。

同时，与现有的石墨烯防腐涂料相比，本发明所提供的防腐涂料在经济性方面还具有如下优点：

1)固体份含量高，耗用较少；

2)涂装次数比现有的石墨烯防腐底漆次数少；

3)防腐寿命长，是现有的三至十倍；

4)免维护，具有良好的自我修复功能。

实施例5：

一种石墨烯高效能防腐涂料，按照其重量份数包括如下组分：

A组分(主漆)

B组分(固化剂)

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，按照重量份数由包括以下的原料制成：

树脂基体250-300重量份，

润湿分散剂2-10重量份，

消泡剂1-5重量份，

防沉剂25-40重量份，

涂料溶剂40-70重量份，

防锈颜填料550-700重量份，

粘度调节剂5-20重量份，

偶联剂4-10重量份，

固化剂90-110重量份；

所述树脂基体包括改性小分子环氧树脂和改性大分子环氧树脂的嵌段共聚物，所述改性小分子环氧树脂是由包括石墨烯和纳米钛的原料接枝到小分子环氧树脂而得，所述改性大分子环氧树脂是由包括石墨烯和纳米钛的原料接枝到大分子环氧树脂而得，所述小分子环氧树脂的环氧值为0.60-0.80，所述大分子环氧树脂的环氧值为0.25-0.35。

2.根据权利要求1所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述树脂基体按照重量份数由包括以下的原料制成：

大分子环氧树脂135-140重量份，

小分子环氧树脂40-45重量份，

石墨烯0.6-0.8重量份，

纳米钛60-70重量份，

有机溶剂20-30重量份，

环氧树脂改性剂0.27-0.5重量份，

催化剂0.05-0.1重量份。

3.根据权利要求2所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂改性剂为纳米氧化铝。

4.根据权利要求2所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述催化剂为甲基苯酚。

5.根据权利要求2所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述有机溶剂包括丁酮10-13.5重量份、N-甲基吡咯烷酮10-13.5重量份。

6.根据权利要求1-5任一项所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述防锈颜填料按照重量份包括以下组分：钝化剂3-5重量份、500目云母氧化铁30-50重量份、500目云母粉50-60重量份、500目复合铁钛粉300-325重量份、锌粉200-220重量份、石墨烯10-12重量份。

7.根据权利要求6所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述钝化剂为2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚。

8.根据权利要求1-5任一项所述的石墨烯高效能防腐涂料，其特征在于，所述固化剂按照重量份包括以下组分：酚醛胺5-7重量份、聚酰胺38-40重量份、催化剂2-3重量份、二甲苯37-39重量份、正丁醇14-15重量份。

9.权利要求1-8任一项所述的石墨烯高效能防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将小分子环氧树脂、大分子环氧树脂、石墨烯、纳米钛混合，催化形成嵌段共聚物；

加入润湿分散剂、消泡剂、防沉剂和涂料溶剂，分散；

加入防锈颜填料，混合，加入粘度调节剂调节粘度，混匀；

加入固化剂，混匀。

10.一种涂覆制品，其特征在于，包括基材和涂覆于所述基材上的权利要求1-8任一项所述的石墨烯高效能防腐涂料。