CN110551439A - 一种钢筋用石墨烯粉末涂料 - Google Patents

一种钢筋用石墨烯粉末涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢筋用石墨烯粉末涂料，由以下质量份的组分制得：环氧树脂100‑250份；酚类固化剂10‑100份；咪唑化合物1‑5份；苯酚型酚醛固化剂1‑20份；石墨烯分散溶液1‑5份，其中，石墨烯分散溶液包括以下质量份的组分：石墨烯3‑10份；分散剂1‑5份；丙二醇1‑5份；消泡剂1‑5份；纯净水5‑10份。本发明的石墨烯粉末涂料具有优异的将钢筋与外界完全隔离的作用；同时兼有与钢筋较强的附着性能，能稳固的附着在钢筋本体上，从而在较长时间内对钢筋材料进行防腐，进而起到维持钢筋力学性能的作用。

Description

一种钢筋用石墨烯粉末涂料
技术领域
本发明涉及粉末涂料领域，尤其涉及一种钢筋用石墨烯粉末涂料。
背景技术
钢筋是工业化社会中不可或缺的产品，广泛应用于国家基础建设、办公场所、厂房、民用住宅以及各种建筑物中。钢筋质量的好坏，以及耐用度与人们的生产活动息息相关，然而钢筋的腐蚀现象却是现有的建筑中的常见现象。被腐蚀的钢筋的力学性能，如折弯性能、耐磨性能或抗冲击性等会显著下降，并且极易导致与混凝土之间的结合力下降，进而产生钢筋混凝土的承载能力降低、开裂变形，严重的影响了建筑物的安全性和使用寿命。因此如何尽可能长时间保护钢筋不被腐蚀、并且维持钢筋的力学性能，是人们研究的重点之一。
据报道，石墨烯作为关键材料在粉末涂料涂层中能起到优异的物理隔离作用。石墨稀是碳原子通过sp2杂化形成的一种独特的二维网络结构，碳原子排列连接成蜂巢状结构，结构非常稳定，具有良好的化学稳定性和力学性能，在强度和韧性方面参数也非常理想。将石墨烯与粉末涂料进行共混分散，然后再通过良好的分散工艺，从而制备石墨烯的粉末涂料并作为涂料用在材料表面时，具有良好的隔离材料和外界的作用，从而有利于防腐和维持材料的本身特性，延长材料的使用寿命。
然而，将石墨烯的粉末涂料应用在钢筋表面时，却经常会出现由于石墨烯的粉末涂料与钢筋表面附着力不足或不持久，从而造成在很短时间内，石墨烯的粉末涂料就会脱离钢筋表面的现象，这一现象使得钢筋直接暴露于外界中，并受到侵蚀损坏。基于上述原因，石墨烯的粉末涂料对于钢筋的防腐和维持力学性能的效果往往大打折扣。
因此，开发一种具有防腐性能的石墨烯的粉末涂料，并且与钢筋有很好的附着力，从而实现钢筋长期抵御外界的侵蚀损坏以及延长钢筋使用寿命，是亟需解决的问题。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种石墨烯的粉末涂料，具有良好的物理隔离作用，并且与钢筋材料具有较强的附着力，当作为涂料应用在钢筋表面时，可以最大程度的提升钢筋的防腐能力，并维持钢筋的力学性能。
本发明通过以下技术方案得以实现。
一种钢筋用石墨烯粉末涂料，由以下质量份的组分制得：
其中，石墨烯分散溶液由以下质量份的组分组成：
进一步地，所述环氧树脂选自于酚醛环氧树脂、苯氧环氧树脂或丙烯酸酯环氧树脂。
进一步地，所述环氧树脂的环氧当量为1350-1600g/eq。
进一步地，所述酚类固化剂选自于PH-1型固化剂、ZY-1型固化剂、JECP型固化剂或TYG-20型固化剂。
进一步地，所述酚类固化剂的羟基值为0.4-0.85eq/100g。
进一步地，所述咪唑化合物选自于2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2,4-二甲基咪唑或十七烷基咪唑。
进一步地，所述酚醛固化剂比重为1.10-1.25，软化点80-100℃。
进一步地，所述石墨烯堆积密度为0.01-0.15g/ml。
进一步地，所述分散剂选自于羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、六偏磷酸钠、焦磷酸钠或三聚磷酸钠的一种或多种。
进一步地，所述消泡剂选自于二甲基硅油、烷基醇醚或烷基脂肪酸酯的一种或多种。
进一步地，所述钢筋用石墨烯粉末涂料，还包括填料或颜料。
进一步地，所述填料选自于钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉或硅微粉的一种或多种。
进一步地，所述颜料选自于2,5-二氢-3,6-二苯基吡咯，氧化铁或氧化铜的一种或多种。
本发明的中的钢筋用石墨烯粉末涂料，还可以包括其他助剂，如流平剂、消泡剂、促进剂、透气剂、柔韧剂或增硬剂。
本发明的有益效果如下：
本发明的石墨烯粉末涂料，采用环氧树脂与石墨烯分散溶液进行复配，在固化剂的作用下形成石墨烯粉末涂料。令人意外地发现，由于石墨烯能在石墨烯溶液中被有效的分散，并且与环氧树脂具有优异的相容性，从而该材料具有优异的的耐腐蚀、耐湿热、耐盐雾、耐水及折弯等防腐性能，从而起到将钢筋与外界完全隔离的作用；同时兼有与钢筋较强的附着性能，能稳固的附着在钢筋本体上，从而在较长时间内对钢筋材料进行防腐，进而起到维持钢筋力学性能的作用。
具体实施方式
下面结合具体的实施例说明本发明。应当理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
一种钢筋用石墨烯粉末涂料，由以下质量份的组分制得：
其中，石墨烯分散溶液由以下质量份的组分组成：
其中所述酚醛环氧树脂的环氧当量为1350g/eq；所述PH-1型固化剂的羟基值为0.4eq/100g；所述酚醛固化剂比重为1.10，软化点为80℃，所述石墨烯的堆积密度是0.01g/ml。
上述钢筋用石墨烯粉末涂料的制备方法如下：
(1)石墨烯分散溶液的制备：将石墨烯、羧甲基纤维素、丙二醇、二甲基硅油和纯净水按上述质量份添加在容器中，然后高速搅拌混合，转速为3000rpm/min，搅拌时间为50min。
(2)石墨烯粉末涂料的制备：将所得石墨烯分散溶液，与酚醛环氧树脂、PH-1型固化剂、2-甲基咪唑、苯酚型酚醛固化剂按上述质量份置于混料缸，充分混合破碎5min，得到混合物，然后将所得的混合物放入双螺杆挤出机挤出，挤出机加热温度控制在100℃，后经压片、冷却、粉碎至粒径为35～45μm的粉体，得石墨烯粉末涂料。
实施例2
一种钢筋用石墨烯粉末涂料，由以下质量份的组分制得：
其中，石墨烯分散溶液由以下质量份的组分组成：
其中所述酚醛环氧树脂的环氧当量为1600g/eq；所述ZY-1型固化剂的羟基值为0.85eq/100g；所述苯酚型酚醛固化剂比重为1.25，软化点为100℃，所述石墨烯的堆积密度是0.15g/ml。
上述钢筋用石墨烯粉末涂料的制备方法如下：
(1)石墨烯分散溶液的制备：将石墨烯、羟乙基纤维素、丙二醇、十二烷基聚氧乙烯醚和纯净水按上述质量份添加在容器中，然后高速搅拌混合，转速为5000rpm/min，搅拌时间为70min。
(2)石墨烯粉末涂料的制备：将所得石墨烯分散溶液，与苯氧环氧树脂、ZY-1型固化剂、2-苯基咪唑、苯酚型酚醛固化剂按上述质量份置于混料缸，充分混合破碎10min，得到混合物，然后将所得的混合物放入双螺杆挤出机挤出，挤出机加热温度控制在120℃，后经压片、冷却、粉碎至粒径为50～70μm的粉体，得石墨烯粉末涂料。
实施例3
一种钢筋用石墨烯粉末涂料，由以下质量份的组分制得：
其中，石墨烯分散溶液由以下质量份的组分组成：
其中所述酚醛环氧树脂的环氧当量为1500g/eq；所述TYG-20型固化剂的羟基值为0.60eq/100g；所述酚醛固化剂比重为1.20，软化点为90℃，所述石墨烯的堆积密度是0.1g/ml。
上述钢筋用石墨烯粉末涂料的制备方法如下：
(1)石墨烯分散溶液的制备：将石墨烯、焦磷酸钠、丙二醇、棕榈酸乙酯和纯净水按上述质量份添加在容器中，然后高速搅拌混合，转速为8000rpm/min，搅拌时间为80min。
(2)石墨烯粉末涂料的制备：将所得石墨烯分散溶液，与酚醛环氧树脂、TYG-20型固化剂、2-丙基咪唑、苯酚型酚醛固化剂按上述质量份置于混料缸，充分混合破碎20min，得到混合物，然后将所得的混合物放入双螺杆挤出机挤出，挤出机加热温度控制在120℃，后经压片、冷却、粉碎至粒径为40-60μm的粉体，得石墨烯粉末涂料。
对比实施例1
与实施例1的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于用等质量份的普通的双酚A型环氧树脂代替酚醛环氧树脂，其中所述普通的双酚A型环氧树脂的环氧当量为1400g/eq。
对比实施例2
与实施例2的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于用等质量份的普通的双酚A型环氧树脂代替苯氧环氧树脂，其中所述普通的双酚A型环氧树脂的环氧当量为1500g/eq。
对比实施例3
与实施例3的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于用等质量份的普通的双酚A型环氧树脂代替酚醛环氧树脂，其中所述普通的双酚A型环氧树脂的环氧当量为1350g/eq。
对比实施例4
与实施例1的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于酚类固化剂PH-1型固化剂的羟基值为0.2eq/100g。
对比实施例5
与实施例2的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于酚类固化剂ZY-1型固化剂的羟基值为1.0eq/100g。
对比实施例6
与实施例3的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于酚类固化剂TYG-20型固化剂的羟基值为0.3eq/100g。
对比实施例7
与实施例1的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于石墨烯堆积密度为0.2g/ml。
对比实施例8
与实施例2的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于石墨烯堆积密度为0.008g/ml。
对比实施例9
与实施例3的钢筋用石墨烯粉末涂料和制备方法均相同，区别在于石墨烯堆积密度为0.005g/ml。
实施例4钢筋用石墨烯粉末涂料性能测试。
将本发明的实施例1-3，对比实施例1-9所述的石墨烯粉末涂料通过高压静电喷枪喷涂在经过230℃-270℃预热的表面经喷砂处理后的基材上，涂层厚度为150-350μm，后进行依靠钢筋余热固化，并进行相关测试，测试内容和标准如表1所示，实施例和对比实施例的测试结果如表2所示。
表1石墨烯粉末涂料的相关测试内容和标准
表2实施例和对比实施例的测试结果
从上表中可以看出，对比实施例1-3的多数性能，特别是基材附着力和与混凝土的相对粘结强度相比于对比实施例1-9，都具有明显优势。基材附着力与混凝土的相对粘结强度越大，说明作为涂料的材料附着在钢筋本体上越牢固，且附着时间越长。因此本发明所公开的石墨烯粉末涂料是理想的钢筋用石墨烯粉末涂料。

Claims (10)

1.一种钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，由以下质量份的组分制得：
其中，石墨烯分散溶液包括以下质量份的组分：
2.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述环氧树脂选自于酚醛环氧树脂、苯氧环氧树脂或丙烯酸酯环氧树脂。
3.根据权利要求1或2所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述环氧树脂的环氧当量为1350-1600g/eq。
4.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述酚类固化剂选自于PH-1型固化剂、ZY-1型固化剂、JECP型固化剂或TYG-20型固化剂。
5.根据权利要求1或4所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述酚类固化剂的羟基值为0.4-0.85eq/100g。
6.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述咪唑化合物选自于2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2,4-二甲基咪唑或十七烷基咪唑。
7.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述酚醛固化剂比重为1.10-1.25，软化点为80-100℃。
8.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述石墨烯堆积密度为0.01-0.15g/ml。
9.根据权利要求1所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，所述分散剂选自于羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、六偏磷酸钠、焦磷酸钠或三聚磷酸钠的一种或多种；所述消泡剂选自于二甲基硅油、烷基醇醚或烷基脂肪酸酯的一种或多种。
10.根据权利要求8或9所述的钢筋用石墨烯粉末涂料，其特征在于，还包括填料或颜料，所述填料选自于钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉或硅微粉的一种或多种；所述颜料选自于2,5-二氢-3,6-二苯基吡咯，氧化铁或氧化铜的一种或多种。
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