CN111378346A

CN111378346A - 一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN111378346A
Application number: CN201910000209.0A
Authority: CN
Inventors: 王邦建; 王炳程
Original assignee: Central Haihua Xiamen Marine Intelligent Coating Co ltd
Current assignee: Central Haihua Xiamen Marine Intelligent Coating Co ltd
Priority date: 2019-01-01
Filing date: 2019-01-01
Publication date: 2020-07-07

Abstract

一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料，为双组份涂料，以水性环氧树脂、水性羟基树脂、水性羟基树脂固化剂为树脂基料，以石墨烯材料、氧化铁红、硫酸钡、钛白粉等为防腐耐候功能颜填料，辅以其它功能助剂制备而成。针对目前传统防腐涂料难以满足船舶、桥梁、集装箱等户外装备的使用要求，在涂料体系中引入环氧树脂/聚氨酯的“互穿网络”结构，使涂层兼具环氧树脂材料强度高、屏蔽性好与聚氨酯材料柔韧性好、耐候性能优异的优点，改善涂层的抗老化性能；同时在涂料体系中引入比表面积大、二维片层结构的石墨烯材料，改善涂层的屏蔽性能，提高其腐蚀防护能力。该发明制备方法简单，防腐性能与耐候性能优异，具有重要的现实意义与广阔的市场前景。

Description

一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工材料领域，具体的说是一种防腐耐候功能一体化水性涂料及其制备方法。

背景技术

水性涂料以水做溶剂，成膜过程中可有效避免因有机挥发物的产生而对生态环境造成的危害。对于用于船舶、桥梁、集装箱等户外环境的水性防腐涂料，除了要面对腐蚀介质、高温、高盐、高湿等腐蚀环境，还会面对太阳暴晒的环境。目前应用较广的环氧树脂防腐涂料，由于其主链极易遭受紫外线的攻击而分解，涂层在太阳暴晒下会造成开裂、粉化等现象，腐蚀防护期效难以尽如人意。而涂层的防腐期效与涂层耐盐雾性能和耐候性能密切相关，因此如何提高涂层防腐性能的同时确保其耐候性能，是当下的研究热点。所以研发一种具有耐候性能的水性防腐涂料对于工业领域的腐蚀防护具有重要的现实意义和经济效益。

目前国内外研究常通过对耐候性树脂的制备及改性、添加高耐候性颜填料等方法提升涂层的耐候防腐性能。专利CN 107267034 A公布了一种长效耐候型防腐涂料用水性树脂的制备方法，通过将环氧树脂、氯醚树脂、含氟功能单体、丙烯酸树脂单体、交联单体、溶剂等混合制备而成，制备的树脂具有防腐性好、耐候性好等优点，将其应用于涂料设计中后，制备的防腐涂料具有较好的防腐性能与耐候性能；专利CN 107722830 A 公布了一种耐候性环保防腐涂料的制备方法，该发明通过在涂料基体中引入氧化石墨烯，将聚乙烯亚胺溶液处理后的聚四氟乙烯乳液以静电吸附的方式与氧化石墨烯结合，然后还原氧化石墨烯并氨基功能化后接枝水性环氧树脂，该方法可改善涂层的耐候性能与防腐性能。

发明内容

本发明针对目前传统防腐涂料难以满足船舶、桥梁、集装箱等户外装备的使用要求，提出一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料及其制备方法，确保涂层具有优异防腐性能的同时改善其耐候性能。一是在涂料体系中引入环氧树脂/聚氨酯的“互穿网络”结构，使涂层兼具环氧树脂材料强度高、屏蔽性好与聚氨酯材料柔韧性好、耐候性能优异的优点，改善涂层的抗老化性能；二是在涂料体系中引入比表面积大、二维片层结构的石墨烯材料，改善涂层的屏蔽性能，提高其腐蚀防护能力。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料，为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，甲组份以水性环氧树脂、水性羟基树脂为粘结剂，以石墨烯材料、氧化铁红、硫酸钡、钛白粉等为防腐耐候功能颜填料，辅以其它功能助剂制备而成；乙组份以水性羟基树脂固化剂与去离子水混合制备而成；所述甲组份与乙组份的质量比为3：1～6：1。按重量份数，涂料体系中甲组份包括20～30份水性环氧树脂、15～25份水性羟基树脂、1～5份石墨烯粉体材料、20～30份防锈填料、10～20份耐候填料、0.5～1份润湿剂、1～2份消泡剂、0.5～1份增稠剂、0.5～1份pH调节剂、10～15份去离子水，乙组份包括60～80份水性羟基树脂固化剂与20～40份去离子水。

一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂20～30份、水性羟基树脂15～25份置于分散罐内，再加入石墨烯粉体材料1～5份、润湿剂0.5～1份、增稠剂0.5～1份、消泡剂1～2份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（2）分散均匀后，按重量份数，向分散罐内加入防锈填料20～30份、耐候填料10～20份、去离子水5～10份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（3）分散一段时间后，根据涂料状态，向分散罐内加入去离子水5～10份调节涂料粘度，再加入pH调节剂0.5～1份，继续分散一段时间至涂料细度≤80μm，制得甲组份；

（4）取水性羟基树脂固化剂60～80份、去离子水20～40份置于分散罐内，于1000～1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份；

（5）将甲组份和乙组份按照质量比为3：1～6：1的配比混合均匀，即制得防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料。

进一步的，所述石墨烯粉体材料为层数为5～10层、粒径为10～20μm中的一种或多种。

进一步的，所述防锈填料为云母粉、氧化铁红、磷酸锌、玻璃鳞片、硫酸钡中的一种或多种。

进一步的，所述耐候填料为钛白粉、紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-O、紫外线吸收剂UV-9、光稳定剂GW-540、光稳定剂744中的一种或多种。

进一步的，所述润湿剂为烷基奈磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚氧乙烯烷基醚、乙炔乙二醇中的一种或多种。

进一步的，所述增稠剂为气相二氧化硅、改性聚脲溶液中的一种或多种。

进一步的，所述消泡剂为有机硅消泡剂、水性聚合物乳液、水性矿物油乳液中一种或多种。

本发明的有益效果是：

本发明提供的是一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料及其制备方法，为解决目前传统防腐涂料在船舶、桥梁、集装箱等户外装备中腐蚀防护期效较短的难题，改善涂层的防腐性能与抗老化性能。采用环氧树脂/聚氨酯的“互穿网络”结构材料作为涂料树脂基料，使涂层兼具环氧树脂材料强度高、屏蔽性好与聚氨酯材料柔韧性好、耐候性能优异的优点，改善涂层的抗老化性能；采用比表面积大、具有二维片层结构的石墨烯材料作为功能填料，改善涂层的屏蔽性能，提高涂层腐蚀防护能力。

附图说明

图1 是高屏蔽性石墨烯材料扫描电镜示意图。

图2是实施例2中涂层中性盐雾2000h测试结果。

图3是实施例2中涂层紫外光照800h测试结果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1：

一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料，其特征为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为4：1，按重量份数，甲组份包括包括25份水性环氧树脂、20份水性羟基树脂、2份石墨烯粉体材料、13份氧化铁红、12份云母粉、5份钛白粉、8份紫外线吸收剂UV-P、0.5份烷基奈磺酸钠、1.5份有机硅消泡剂、0.5份气相二氧化硅、0.5份pH调节剂、12份去离子水，乙组份包括70份水性羟基树脂固化剂与30份去离子水。

（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂25份、水性羟基树脂20份置于分散罐内，再加入石墨烯粉体材料2份、润湿剂0.5份、增稠剂0.5份、消泡剂1.5份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（2）分散均匀后，按重量份数，向分散罐内加入氧化铁红13份、云母粉12份、钛白粉5份、紫外线吸收剂UV-P 8份、去离子水5份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（3）分散一段时间后，根据涂料状态，向分散罐内加入去离子水7份调节涂料粘度，再加入pH调节剂0.5份，继续分散一段时间至涂料细度≤80μm，制得甲组份；

（4）取水性羟基树脂固化剂70份、去离子水30份置于分散罐内，于1000～1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份；

（5）将甲组份和乙组份按照质量比为4：1的配比混合均匀，即制得防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料。

防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂层分别涂覆于基材表面，厚度为100μm。中性盐雾1500h测试后涂层表面无起泡、无脱落、无锈蚀现象；紫外光照600h测试后涂层表面无开裂、粉化、变色现象。

实施例2：

一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料，其特征为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，所述甲组份和乙组份的质量比为5：1，涂料体系中甲组份包括30份水性环氧树脂、18份水性羟基树脂、1份石墨烯粉体材料、15份氧化铁红、5份磷酸锌、7份钛白粉、8份光稳定剂GW-540、0.5份十二烷基磺酸钠、2份水性矿物油乳液、0.5份气相二氧化硅、1份pH调节剂、12份去离子水，乙组份包括80份水性羟基树脂固化剂与20份去离子水。

（1）按重量份数，先称取水性环氧树脂30份、水性羟基树脂18份置于分散罐内，再加入石墨烯粉体材料1份、十二烷基磺酸钠0.5份、气相二氧化硅0.5份、水性矿物油乳液2份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（2）分散均匀后，按重量份数，向分散罐内加入氧化铁红15份、磷酸锌5份、钛白粉7份、光稳定剂GW-540 8份、去离子水5份，于1000～1500r/min转速下进行高速分散；

（4）取水性羟基树脂固化剂80份、去离子水20份置于分散罐内，于1000～1500r/min的转速下进行高速分散，混合均匀后制得乙组份；

（5）将甲组份和乙组份按照质量比为5：1的配比混合均匀，即制得防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料。

防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂层分别涂覆于基材表面，厚度为100μm。如图2所示，中性盐雾2000h测试后涂层表面无起泡、无脱落、无锈蚀现象；如图3所示，紫外光照800h后涂层表面无开裂、粉化、变色现象。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料，其特征在于为双组份涂料，包括甲组份和乙组份，甲组份以水性环氧树脂、水性羟基树脂为粘结剂，以石墨烯材料、氧化铁红、硫酸钡、钛白粉等为防腐耐候功能颜填料，辅以其它功能助剂制备而成；乙组份以水性羟基树脂固化剂与去离子水混合制备而成；甲组份与乙组份的质量比为3:1～6:1；按重量份数，涂料体系中甲组份包括20～30份水性环氧树脂、15～25份水性羟基树脂、1～5份石墨烯粉体材料、20～30份防锈填料、10～20份耐候填料、0.5～1份润湿剂、1～2份消泡剂、0.5～1份增稠剂、0.5～1份pH调节剂、10～15份去离子水，乙组份包括60～80份水性羟基树脂固化剂与20～40份去离子水。

2.如权利要求书1所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述石墨烯粉体材料为层数为5～10层、粒径为10～20μm中的一种或多种。

4.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述防锈填料为云母粉、氧化铁红、磷酸锌、玻璃鳞片、硫酸钡中的一种或多种。

5.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述耐候填料为钛白粉、紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-O、紫外线吸收剂UV-9、光稳定剂GW-540、光稳定剂744中的一种或多种。

6.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述润湿剂为烷基奈磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚氧乙烯烷基醚、乙炔乙二醇中的一种或多种。

7.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述增稠剂为气相二氧化硅、改性聚脲溶液中的一种或多种。

8.如权利要求书2所述的一种防腐耐候功能一体化水性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于所述消泡剂为有机硅消泡剂、水性聚合物乳液、水性矿物油乳液中一种或多种。