CN111019478A - 一种用于铝合金表面的重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于重防腐涂料技术领域，公开了一种用于铝合金表面的重防腐涂料及其制备方法，所述防腐涂料包括含有成膜树脂的A组分和含有固化剂的B组分；其中，所述A组分至少包含环氧树脂、石墨烯、镁粉和有机溶剂；所述B组分包含固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂，所述涂层柔韧性较好，对金属附着力较高，对海洋环境使用的金属提供更长寿命的保护，且环境友好。

Description

一种用于铝合金表面的重防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于重防腐涂料技术领域，尤其涉及一种用于铝合金表面的重防腐涂料及其制备方法。

背景技术

铝合金质轻、比强度高、机械性能优异、易加工成型，使铝合金制品得到广泛的应用。虽然铝合金在大气环境中能生成一层具有保护作用的氧化膜，但这层天然的氧化膜很薄，通常厚度只有几纳米到几十纳米，而且该氧化膜是疏松多孔的，表面不均匀，在恶劣的海洋环境中很容易被破坏，造成铝合金的强烈腐蚀，如小孔腐蚀、电偶腐蚀、丝状腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀，导致材料的强度降低或失效，大大缩短设备的使用寿命。在铝合金表面涂覆一层保护性的防腐涂料是最为简单有效的保护措施。

目前的铝合金防腐涂料主要是通过向涂料中加入可提供钝化和缓释作用的铬酸盐填料，利用铬酸根离子的封闭作用保护铝合金表面。但是铬酸盐对人体有毒、对环境有害，国际上早已出台了相关限制使用规定。镁粉的电位比铝合金低，类似富锌底漆对钢的保护原理，将镁粉添加到涂料中可以作为牺牲阳极对铝合金基体金属提供阴极保护。富镁底漆被认为是一种可以替代铬酸盐处理技术的涂层。

传统富镁涂层要达到阴极保护作用效果，涂料用必须加入大量的镁粉，使镁粉颗粒之间相互接触形成导电通路。当有腐蚀介质浸入涂层时，涂层中的镁粉对铝合金提供保护并在表面生成镁盐，阻断电子传输，涂层粉化失效，大量的镁粉被浪费，涂层的防护周期短。根据涂层的防护原理，在涂料中添加高导电性填料可以降低涂层中镁粉的用量。近期有文献报道将单片层状结构的石墨烯材料引入富锌涂料中，在保证防腐性能的基础之上可以有效的降低锌粉含量。但是石墨烯是由石墨经过一些列的化学的、物理的方法加工得到，石墨烯价格昂贵，少量添加也会显著增加成本，难以得到市场的认可。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于铝合金表面的重防腐涂料及其制备方法，基于阴极保护原理提供一种可对海洋环境使用的铝合金提供长效防护的环境友好型石墨烯-镁粉重防腐涂料。所述涂层柔韧性较好，对金属附着力较高，对海洋环境使用的金属提供更长寿命的保护，且环境友好。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案一：

一种用于铝合金表面的重防腐涂料，所述防腐涂料包括含有成膜树脂的A 组分和含有固化剂的B组分；

其中，所述A组分至少包含环氧树脂、石墨烯、镁粉和有机溶剂；

所述B组分包含固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述A组分还包括：填料和防沉剂。

(2)所述A组分中各组分的质量百分比为：

环氧树脂15～30wt％，石墨烯0.5～3wt％，镁粉10～35wt％，有机溶剂 20～32wt％，填料25～40wt％，防沉剂0.5～4wt％；

且A组分中各组分的质量百分比之和为100％。

(3)所述B组分中各组分的质量百分比为：

固化剂40～70wt％，促进剂2～7wt％，硅烷偶联剂5～10wt％，有机溶剂 15～47wt％；

且B组分中各组分的质量百分比之和为100％。

(4)所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂，填料为云母氧化铁粉与云母粉的质量比为2:1的混合物，防沉剂为膨润土。

(5)所述石墨烯的碳的质量分数≥95wt％，镁粉的粒径为600目。

(6)所述B组分中固化剂为聚酰胺650，促进剂为三(二甲氨基甲基)苯酚，硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，有机溶剂为二甲苯与乙酸丁酯的质量比为3:1的混合物。

技术方案二：

一种铝合金用长效重防腐涂料的制备方法，所述方法用于制备如技术方案一所述的重防腐涂料，所述方法包括：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、有机溶剂加入搅拌容器中，进行搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，进行搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，制得A组分；

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

(6)将配制好的A组分和B组分混合得到重防腐涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)镁粉加入到防腐涂料中，取代了常规的铬酸盐等有毒填料，涂料环境友好；(2)将石墨烯加入涂料中替代部分镁粉，降低镁粉用量，提高镁粉利用率；(3)本发明提供的重防腐涂层经过2500h盐雾试验(划叉法)不起泡、基材不腐蚀，对基材的附着力可以达到20MPa以上。

附图说明

无。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种重防腐涂料，所述涂层柔韧性较好，对金属附着力较高，对海洋环境使用的金属提供更长寿命的保护，且环境友好。

本发明所采用的技术方案如下：

一种石墨烯-镁粉防腐涂料，包括含有成膜树脂的A组份和含有固化剂的B 组分；

其中A组份按质量百分比包括如下组分：

环氧树脂	15～30wt％
		石墨烯	0.5～3wt％
镁粉	10～35wt％
		填料	25～40wt％
防沉剂	0.5～4wt％
		有机溶剂	20～32wt％

所述A组分原料的质量百分比之和为100％。

B组份按质量百分比包括如下组分：

聚酰胺	40～70wt％
		促进剂	2～7wt％
硅烷偶联剂	5～10wt％
		有机溶剂	15～47wt％

所述B组分原料的质量百分比之和为100％。

其中，A组分中环氧树脂的质量百分含量可以是15wt％、17wt％、19wt％、 21wt％、23wt％、25wt％、30wt％等，石墨烯的质量百分含量可以是0.5wt％、 1.0wt％、1.3wt％、1.6wt％、1.9wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％、3.0wt％等，镁粉的质量百分含量可以是10wt％、14wt％、18wt％、22wt％、27wt％、 31wt％、35wt％等，填料的质量百分含量可以是25wt％、30wt％、35wt％、 40wt％等，防沉剂的质量百分含量可以是0.5wt％、1.0wt％、2.0wt％、3.0wt％、 4.0wt％等，有机溶剂的质量百分含量可以是20wt％、23wt％、26wt％、29wt％、 32wt％等。

其中，B组分中聚酰胺的质量百分含量可以是40wt％、44wt％、48wt％、 51wt％、54wt％、58wt％、62wt％、66wt％、70wt％等，促进剂的质量百分含量可以是2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％等，硅烷偶联剂的质量百分含量可以是5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等，有机溶剂的质量百分含量可以是15wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、 47wt％等。

本发明将硅烷偶联剂引入涂料B组分中，利用硅烷偶联剂与金属基材之间的强相互作用显著提升了涂层与金属基材之间的附着力。

优选地，所述涂料中A组分中的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F 型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和脂环式环氧树脂中的任意一种或者几种的混合物，优选双酚A型环氧树脂，进一步优选环氧树脂E44与环氧树脂E20的质量比为4:1。

优选地，所述涂料中A组分中的石墨烯的碳的质量分数包括70wt％、 75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、95wt％、98wt％等，石墨烯的碳的质量分数越高导电性越好，优选碳的质量分数≥95wt％的石墨烯。

优选地，所述涂料中A组分中的镁粉粒径包括300目、400目、500目、 600目、700目、800目、900目、1000目等，优选600目球形镁粉。

优选地，所述涂料中A组分中的填料包括沉淀碳酸钙粉、沉淀硫酸钡粉、石膏粉、白炭黑、滑石粉、高岭土粉、硅灰石粉、云母氧化铁粉、玻璃鳞片粉、云母粉、立德粉、钛白粉、长石粉中的任意一种或者几种的混合物，优选云母氧化铁粉与云母粉的质量比为2:1的混合物。

优选地，所述涂料中A组分中的防沉剂包括膨润土、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中的任意一种或者几种的混合物，优选膨润土。

优选地，所述涂料中B组分中的固化剂包括脂肪族多元胺类固化剂、脂肪胺加成物类固化剂、聚酰胺类固化剂、双氰胺类固化剂、酮亚胺类固化剂和曼尼希碱类固化剂等，优选聚酰胺类固化剂，进一步优选聚酰胺650。

优选地，所述涂料中B组分中的促进剂包括三乙胺、三乙羟基胺、苄基二甲胺、二甲氨基甲基苯酚和三(二甲氨基甲基)苯酚等，优选三(二甲氨基甲基)苯酚。

优选地，所述涂料中B组分中的硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、γ- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷等，优选γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷。

优选地，所述涂料中A组分和B组分中的有机溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、正丁醇、异丙醇中任意一种或者几种的混合物，优选二甲苯与乙酸丁酯的质量比为3:1的混合物。

本发明目的之二在于提供一种本发明目的之一所述的重防腐涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

Ⅰ、所述重防腐涂料A组分的制备方法为：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中，进行搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，进行搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，制得A组分；

优选地，步骤(1)所述搅拌转速为1000～2000r/min，例如1000r/min、 1200r/min、1500r/min、1700r/min、2000r/min等，优选1500r/min。

优选地，步骤(2)所述研磨之后的粒度为15～50μm，例如15μm、20μm、 25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等，优选15μm。

优选地，步骤(3)所述搅拌转速为1000～2000r/min，例如1000r/min、 1200r/min、1500r/min、1700r/min、2000r/min等，优选2000r/min。

优选地，步骤(4)所述研磨之后的粒度为15～50μm，例如15μm、20μm、 25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等，优选30μm。

Ⅱ、所述重防腐涂料B组分的制备方法为：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、使用前将配制好的A组分和B组分混合得到重防腐涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)镁粉加入到防腐涂料中，取代了常规的铬酸盐等有毒填料，涂料环境友好。

(2)将石墨烯加入涂料中替代部分镁粉，降低镁粉用量，提高镁粉利用率。

(3)本发明提供的重防腐涂层经过2500h盐雾试验(划叉法)不起泡、基材不腐蚀，对基材的附着力可以达到20MPa以上。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明实施例1～6中涂料原材料配方列于表1

表1实施例1～6中石墨烯-镁粉重防腐涂料配方

实施例1

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 1200r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度20μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 1400r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度40μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:9混合得到重防腐涂料。

实施例2

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 2000r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度45μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 1900r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度50μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:15混合得到重防腐涂料。

实施例3

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 1700r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度35μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 1600r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度20μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:19混合得到重防腐涂料。

实施例4

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 1500r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度15μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 2000r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度30μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:13混合得到重防腐涂料。

实施例5

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 1000r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度50μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 1500r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度35μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:9混合得到重防腐涂料。

实施例6

一种石墨烯-镁粉重防腐涂料的制备方法，具体步骤如下：

Ⅰ、重防腐涂料A组分的制备方法：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、溶剂加入搅拌容器中， 1300r/min搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度30μm；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中， 1000r/min搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，研磨后浆料粒度15μm，制得A组分；

Ⅱ、重防腐涂料B组分的制备方法：

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

Ⅲ、将配制好的A组分和B组分按质量比100:27混合得到重防腐涂料。

性能测试

采用本发明实施例1～6制备的石墨烯-镁粉重防腐涂料性能测试结果列于表2。

表2重防腐涂料性能测试结果

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种用于铝合金表面的重防腐涂料，其特征在于，所述防腐涂料包括含有成膜树脂的A组分和含有固化剂的B组分；

其中，所述A组分至少包含环氧树脂、石墨烯、镁粉和有机溶剂；

所述B组分包含固化剂、促进剂、硅烷偶联剂和有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述A组分还包括：填料和防沉剂。

3.根据权利要求2所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述A组分中各组分的质量百分比为：

环氧树脂15～30wt％，石墨烯0.5～3wt％，镁粉10～35wt％，有机溶剂20～32wt％，填料25～40wt％，防沉剂0.5～4wt％；

且A组分中各组分的质量百分比之和为100％。

4.根据权利要求2所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述B组分中各组分的质量百分比为：

固化剂40～70wt％，促进剂2～7wt％，硅烷偶联剂5～10wt％，有机溶剂15～47wt％；

且B组分中各组分的质量百分比之和为100％。

5.根据权利要求2所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂，填料为云母氧化铁粉与云母粉的质量比为2:1的混合物，防沉剂为膨润土。

6.根据权利要求2所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯的碳的质量分数≥95wt％，镁粉的粒径为600目。

7.根据权利要求2所述的一种铝合金用长效重防腐涂料，其特征在于，所述B组分中固化剂为聚酰胺650，促进剂为三(二甲氨基甲基)苯酚，硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，有机溶剂为二甲苯与乙酸丁酯的质量比为3:1的混合物。

8.一种铝合金用长效重防腐涂料的制备方法，所述方法用于制备如权利要求1-7中任一项所述的重防腐涂料，其特征在于，所述方法包括：

(1)将A组分配方量的环氧树脂、石墨烯、填料、有机溶剂加入搅拌容器中，进行搅拌至分散均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨；

(3)将A组分配方量的镁粉、防沉剂加入到步骤(2)得到的混合物中，进行搅拌至分散均匀；

(4)将步骤(3)得到的混合物加入到锥形研磨机中研磨，制得A组分；

(5)将B组分配方量的固化剂、促进剂、有机溶剂混合均匀后加入硅烷偶联剂分散均匀，制得B组分；

(6)将配制好的A组分和B组分混合得到重防腐涂料。