CN111393880A - 一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料及其制备方法,包括A组分和B组分,A组分包括磷酸二氢铝水溶液、固化剂、铬酸镁、锌粉和微米级铝粉;B组分包括磷酸二氢铝水溶液、固化剂、铬酸镁、分散剂、石墨烯和亚微米级铝粉;将A组分和B组分混合,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。本发明对含铝磷酸盐涂料的性能进行改性,通过添加锌粉利用无机富锌涂料的电化学保护作用,腐蚀产物屏蔽作用、涂膜自修补作用等,提升了涂料的防腐蚀性能;涂料体系中加入石墨烯,改进了涂层硬度和韧性,同时还有部分阻隔的作用,也间接提高了涂层整体的防腐蚀能力。
Description
技术领域
本发明属于无机磷酸盐涂料技术领域,特别是涉及一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料面漆及其制备方法。
背景技术
防腐涂料涂层一般是液态混合物通过空气喷涂、浸涂、刷涂等方式在材料表面,经固化后形成的一层具有耐腐蚀性并能阻挡腐蚀介质的膜层。涂料涂层固化温度低,操作施工简单,成本低廉,防腐效果好,是较为理想的金属表面防腐的方式。目前金属材料的表面防腐涂料种类繁多,分为有机防护涂料和无机防护涂料两种。无机防腐涂料主要以硅酸盐或磷酸盐化合物为粘结剂,加入各种颜料、助剂、固化剂等配制而成的涂料。无机涂料相比与有机涂料具有一些特有的优势,无机涂料可以在400-1000℃范围内长期使用,短期受热可达1500℃;其次,无机涂料具有优异的耐候性和耐溶剂性能;且无机涂料的原材料来源丰富,生产成本低。其中,磷酸盐涂料也是作为无机涂料的重要品种之一,国外也出现了商业化的磷酸盐耐高温防腐涂料,可以用于飞机发动机或涡轮压缩机机翼的腐蚀防护,也可以代替电镀铬钛技术,避免高强钢的氢脆和环境污染的问题。但是,国内市场相比较于此却鲜有相关商品的报道,而现有的磷酸盐涂层也存在着耐水性差,脆性大,强度低,光泽度低等,因此,研究涂层的改性十分重要。
石墨烯材料由于其独特的结构使得其具有很多优异的物化性能,包括突出的导热导电性能,热稳定性和化学稳定性,较高的柔韧性等,是复合材料优选的增强剂,特别在防护金属表面腐蚀和氧化领域中。事实上,石墨烯形成了一个天然的扩散阻挡层可以在保护的金属和反应物中间提供一个物理隔离。
现阶段金属表面的腐蚀防护普遍采用电镀技术,但是电镀技术会对环境造成严重污染,另外还有不稳定的氢脆、铬脆等因素影响金属的疲劳寿命,特别在飞机起落架的制备中。所以新型的技术表面防护技术的研究对金属腐蚀防护的发展至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题,制备一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料及其制备方法。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料,包括A组分和B组分;
所述A组分由以下重量份数的组分组成:
所述B组分由以下重量份数的组分组成:
其中,所述的A组分和B组分的重量比为1:(1~1.5)。
上述组分中,包括了A最分和B组分,其中磷酸二氢铝作为粘结剂是涂层的成膜物质,铝粉是磷酸盐涂料的基本填料,铝粉的形状大小对磷酸盐涂料的性能起到重要影响;其中A组分选用大小1300目的微米级球形铝粉,B组分选用粒径更小的亚微米级铝粉,不同铝粉会在涂层中定向排列,产生多色效应,提高了单纯铝粉的分散性,并提高了整体涂层的比容量;此外,A组分中添加了锌粉,B组分中添加了石墨烯,是的整体的涂料既可以通过锌提供牺牲阳极保护从而对金属起到腐蚀屏蔽作用,同时通过石墨烯提高了涂层的韧性,耐磨性和抗渗性。
为了优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
上述的固化剂为氧化镁和氧化锌按照质量比1:1混合制备,优选的,固化剂采用氧化镁和氧化锌能有效降低涂层固化温度,增强涂层的粘结强度。
上述的A组分中,微米级铝粉采用1300目微米级球形铝粉;所述B组分中,亚微米级铝粉的粒径为800nm。
上述的磷酸二氢铝水溶液的质量分数为30%。
本发明还保护一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料的制备方法,包括以下步骤:
S1:用去离子水稀释磷酸二氢铝水溶液,然后加入氧化镁和氧化锌充分搅拌均匀至完全溶解,随后加入一定量的铬酸镁并放入超声仪器中震荡处理,随后依次加入锌粉和微米级铝粉,磁力搅拌静置后得到A组分;
S2:用去离子水稀释磷酸二氢铝水溶液,然后加入氧化镁和氧化锌充分搅拌均匀至完全溶解,随后加入一定量的铬酸镁并放入超声仪器中震荡处理,然后先加入曲拉通X-100后加入石墨烯,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉,磁力搅拌静置后得到B组分;
S3:将A组分和B组分混合,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。
进一步地,磁力搅拌静置的具体工艺为:磁力搅拌2h后静置24h。
本发明的有益效果为:
本发明对含铝磷酸盐涂料的性能进行改性,选用磷酸二氢铝作为粘结剂,氧化锌和氧化铝作为固化剂,通过添加锌粉利用无机富锌涂料的电化学保护作用,腐蚀产物屏蔽作用、涂膜自修补作用等,提升了涂料的防腐蚀性能,相比其他的无机防腐涂料,除去了抛丸、喷砂等复杂工艺,简单易行;此外,在涂料体系中加入石墨烯,以改进了涂层硬度和韧性,同时石墨烯在涂层中还有部分阻隔的作用,也间接提高了涂层整体的防腐蚀能力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。
一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料,包括A组分和B组分;
所述A组分由以下重量份数的组分组成:
所述B组分由以下重量份数的组分组成:
其中,所述的A组分和B组分的重量比为1:(1~1.5),优选为1:1。
本实施例中,所述的固化剂为氧化镁和氧化锌按照质量比1:1混合制备。
本实施例中,所述A组分中,微米级铝粉采用1300目微米级球形铝粉;所述B组分中,亚微米级铝粉的粒径为800nm。
本实施例中,所述磷酸二氢铝水溶液的质量分数为30%。
本实施例中,A组分和B组分的混合优选为超声混合,采用超声仪器对A组分和B组分分别进行超声分散。
实施例1
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入5份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,随后依次加入15份锌粉和10份微米级铝粉,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分A;
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入10份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,然后先加入0.5曲拉通X-100份作为分散剂,随后加入3份石墨烯,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉20份,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分B;
将得到的组分A和组分B按照质量比1:1混合,混合液人工搅拌均匀后,使用超声波仪器分散1h,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。
实施例2
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁5份、氧化锌5份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入8份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,随后依次加入20份锌粉和15份微米级铝粉,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分A;
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁5份、氧化锌5份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入12份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,然后先加入1份曲拉通X-100作为分散剂,随后加入1份石墨烯,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉25份,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分B;
将得到的组分A和组分B按照质量比1:1.5混合,混合液人工搅拌均匀后,使用超声波仪器分散1h,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。
对比例1
对比例1制备了一种不含石墨烯的无机磷酸盐防护涂料,包括以下步骤:
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入5份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,随后依次加入15份锌粉和10份微米级铝粉,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分A;
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入10份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉20份,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分B;
将得到的组分A和组分B按照质量比1:1混合,混合液人工搅拌均匀后,使用超声波仪器分散1h,得到不含无机磷酸盐防护涂料。
对比例2
对比例2制备了一种不含锌粉的无机磷酸盐防护涂料,包括以下步骤:
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入5份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,随后25份微米级铝粉,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分A;
按照磷酸二氢铝水溶液100份、氧化镁3份、氧化锌3份的比例充分混合搅拌均匀至完全溶解,随后加入10份铬酸镁作为钝化剂,放入超声仪器中震荡处理,然后先加入0.5曲拉通X-100份作为分散剂,随后加入3份石墨烯,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉20份,磁力搅拌2h后静置24h,得到组分B;
将得到的组分A和组分B按照质量比1:1混合,混合液人工搅拌均匀后,使用超声波仪器分散1h,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。
实验例
金属基体采用铁片,将其加工成100mm×80mm×0.5mm的时间,为了提高基体与涂层的附着力,涂装前对铁片进行除油和除锈的预处理;采用空气式喷涂的工艺将将实施例1、实施例2和对比例1制备的涂料涂刷在铁片的表面,先在120℃固化2.5h,然后再280℃固化12小时。对制备好的涂层进行柔韧性、附着力、铅笔硬度以及电化学性能测试,具体结果参见下表1和2。其中,柔韧性测试参照GB/T 1731-1993《漆膜柔韧性测定法》,附着力参照GB1720-1979《漆膜附着力测定法》,铅笔硬度参照GB/T 6739-2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》,电化学性能采用三电极体系工作站测定实验,参比电极和辅助电极分别采用饱和甘汞电极和铂电极,工作电极为涂层,电解质溶液为3.5%的NaCl溶液。
表1不同含量石墨烯涂层的物理性能
柔韧性/级 | 附着力/级 | 铅笔硬度 | |
实施例1 | 4 | 2 | 2H |
实施例2 | 4 | 2 | 3H |
对比例1 | 10 | 1 | 1H |
对比例2 | 3 | 2 | 2H |
由上表1可知,实施例1和2中含有石墨烯组分,涂层的柔韧性、铅笔硬度以及附着力均有所增加,这是由于石墨烯具有较高的硬度和较好的层间润滑功能,相比于对比例1,改性后涂层没有裂纹、气泡等缺陷,各项指标均符合国标要求,且具有更稳定,更优异的性能。
表2不同实施例涂层的电化学性能
由上表2可知,实施例1和实施例2中的自腐蚀电位值较大,相应的自腐蚀电流值较小,此时涂层的防腐性能最高。对比例1的结果可知,不添加石墨烯的涂层的自腐蚀电位降低,自腐蚀电流值上高,说明金属表面产生了腐蚀,而对比例2相对于对比例1的结果是金属腐蚀最为严重,由此可知,本体系中,锌粉为涂层提高腐蚀能力打下基础,而石墨烯的加入则与锌粉产生协同作用进一步提高了涂层的防腐蚀性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料,其特征在于:所述的固化剂为氧化镁和氧化锌按照质量比1:1混合制备。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料,其特征在于:所述A组分中,微米级铝粉采用1300目微米级球形铝粉;所述B组分中,亚微米级铝粉的粒径为800nm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料,其特征在于:所述磷酸二氢铝水溶液的质量分数为30%。
5.权利要求1所述的一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:用去离子水稀释磷酸二氢铝水溶液,然后加入氧化镁和氧化锌充分搅拌均匀至完全溶解,随后加入一定量的铬酸镁并放入超声仪器中震荡处理,随后依次加入锌粉和微米级铝粉,磁力搅拌静置后得到A组分;
S2:用去离子水稀释磷酸二氢铝水溶液,然后加入氧化镁和氧化锌充分搅拌均匀至完全溶解,随后加入一定量的铬酸镁并放入超声仪器中震荡处理,然后先加入曲拉通X-100后加入石墨烯,混合搅拌后再加入亚微米级铝粉,磁力搅拌静置后得到B组分;
S3:将A组分和B组分混合,得到石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯改性无机磷酸盐防护涂料的制备方法,其特征在于:磁力搅拌静置的具体工艺为:磁力搅拌2h后静置24h。
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