CN111518452A - 一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆及其制备方法和应用，该蒙脱石石墨烯水性富锌底漆包括由PM、PMA、有机蒙脱石土、无机蒙脱石土、水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂与锌粉所制得的A组分和水性环氧树脂乳液、石墨烯浆料、消泡剂与基材润湿剂所制得的B组分。本发明制备的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆防腐性能好，在涂料中应用时具有高的附着力、高机械强度和强防腐性能。

Description

一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及了防腐涂料技术领域，具体的是蒙脱石石墨烯水性富锌底漆及其制备方法和应用。

背景技术

随着人民生活水平的提高、环保意识的增强和环保法规的陆续出台，对涂料的要求越来越高。由于溶剂型涂料的污染高和易燃的安全隐患，使涂料都向环境友好型、绿色涂料方向发展，主要包括高固含涂料、粉末涂料、光固化涂料、水性涂料等。其中水性涂料研制最多，因其施工安全方便、VOC排放少、对环境污染小，在行业中得到大力推广。

在水性富锌底漆中，由于锌粉密度大和极性溶剂的存在，使得体系容易产生沉淀和流挂。

石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，具有优异的阻隔性能、良好的化学稳定性、超强的导电性以及是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，石墨烯微片应用在富锌底漆中可以形成良好的屏蔽作用和高导电性提供长期稳定的阴极保护，来实现水性富锌底漆的高效防腐性。目前石墨烯应用在富锌底漆等工业涂料中，分散稳定性差，易团聚，造成漆膜缺陷，不利于提高漆膜强度、附着力和耐盐雾。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆以及其制备方法和在涂料中的应用，具有优异存储稳定性、高附着力、高机械强度和强防腐性能。

本申请实施例公开了：一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，按重量份数计，由以下A组分和B组分组成，其中

A组分包括：

PM 5-8份；

PMA 2-5份；

有机蒙脱石土1-2份；

无机蒙脱石土0.5-2份；

水性环氧固化剂5-10份；

分散剂0.1-2份；

消泡剂0.1-1份；

分子筛0.1-1份；

锌粉60-90份

B组分包括：

水性环氧树脂乳液70～90份；

石墨烯浆料10-25份；

消泡剂0.1-1份；

基材润湿剂0.1～1份。

优选的，所述有机蒙脱石土为季铵盐改性蒙脱石土。

优选的，所述无机蒙脱石土为湿法改性加工的高纯蒙脱石土。

优选的，所述水性环氧固化剂为不含水的胺类水性环氧固化剂，能在室温下与B组分中的水性环氧树脂乳液交联固化，使漆膜更加紧实致密，提高漆膜防腐性能；因A组分中有锌粉存在，所用固化剂不可含水。

优选的，所述分散剂为不含水的非离子高分子润湿分散剂，能有效降低体系粘度和提高储存稳定性，如Coadd^TM D-629、ALLNEX6208/60等，能够帮助锌粉分散和润湿基材提高漆膜附着力。

优选的，所述消泡剂为不含矿物油和有机硅的聚合物类型消泡剂，具有高效的抑泡、破泡性能和优异的相容性。

优选的，所述分子筛为5A分子筛，可吸附小于该孔径的任何分子。

优选的，所述锌粉为目数500目的防锈颜料。

优选的，所述水性环氧树脂乳液为双酚A类环氧乳液。

优选的，所述石墨烯浆料中石墨烯含量为2.0％。

优选的，所述基材润湿剂为芳烷基改性聚甲基硅氧烷类基材润湿剂。

本发明还公开了一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆的制备方法：

按照以上所述配比制备A组分：将PM、PMA混合搅拌均匀，搅拌下加入有机蒙脱石土和无机蒙脱石土并搅拌均匀，继续在搅拌下依次加入水性环氧固化剂、分散剂和消泡剂，经过高速分散或研磨至细度小于40um，再缓慢加入锌粉，边搅拌边冷却控制温度，制得所述A组分；

按照以上所述配比制备B组分：搅拌下依次加入水性环氧树脂乳液、石墨烯浆料、消泡剂和基材润湿剂，在搅拌速度为500-800r/min下分散均匀，经过120目筛网过滤，制得所述B组分。

上述蒙脱石石墨烯水性富锌底漆在作为涂料应用时，所述蒙脱石石墨烯水性富锌底漆由A组分和B组分组成，所述A组分与所述B组分的重量比为(3～5)：1。

本发明的有益效果如下：本发明制备的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆防腐性能好，有机蒙脱石土和无机蒙脱石土可以与高极性溶剂形成氢键，利用蒙脱石的片状结构和电位性能可以形成“卡片宫”结构，而且蒙脱石土的超细粒径，三方面组合大大增强了A组分内部的三维结构，提供优异的增稠性和触变性，为重质量锌粉提供良好的支撑，蒙脱石土和分子筛对水的强大吸附能力，稳定体系锌粉，从而解决了现有技术中锌粉在体系中容易沉淀结块，存储稳定性不好的问题。

在施工时，用水作为稀释剂，对环境无污染；后期施工用水开稀，同时无机蒙脱石土对水增稠和提供触变性，可以有效防止施工时流挂和罐内沉淀，提高施工效率，使漆膜均匀一致，有利于提高附着力、机械强度、防腐性能，改善施工时流挂和罐内沉淀的情况。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，按重量份数计，由以下A组分和B组分组成，其中：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土2份

无机蒙脱石土1份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液89份

石墨烯浆料10份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1

一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆制备方法，包括以下步骤：

A组分的制备方法如下：

1、首先将PM和PMA准确称量后加入到搅拌釜中，低速搅拌500r/min。

2、在搅拌下缓慢加入准确称量的有机蒙脱石土和无机蒙脱石土，提高转速到1000r/min，搅拌15min

3、搅拌速度降为800r/min，缓慢加入准确称量的水性环氧固化剂。

4、再缓慢加入准确称量的分散剂、消泡剂、分子筛，搅拌10min，至细度小于40um

5、在搅拌下缓慢加入准确称量的锌粉，搅拌速度提高到1500r/min，搅拌15min，同时开冷却水，防止釜内温度过高，搅拌均匀既制得所述A组分。

B组分的制备方法如下：

1、水性环氧树脂乳液，准确称量加入搅拌釜。

2、搅拌速度为800r/min，依次缓慢加入准确称量的石墨烯浆料、消泡剂、基材润湿剂，搅拌15min，120目筛网过滤既制得所述B组分。

施工时，将A组分和B组分按照质量比3-5:1，充分搅拌，同时可根据施工需要加水调整施工粘度。

以上不挥发份中锌粉含量为80％，所述水性环氧树脂乳液为双酚A类环氧乳液，如湛新树脂(上海)有限公司的EP387水性环氧树脂乳液、美国瀚森化工中国有限公司(HEXION)的EP6520水性环氧树脂乳液等。

在实施例一的基础上，不挥发份中锌粉含量为80％不变，改变A组分中有机、无机蒙脱石土的比例，为实施例二和实施例三；改变B组分石墨烯浆料加量为实施例四和实施例五。

实施例二：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土1.5份

无机蒙脱石土1.5份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液89份

石墨烯浆料10份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1。

实施例三：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土1份

无机蒙脱石土2份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液89份

石墨烯浆料10份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1

实施例四：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土2份

无机蒙脱石土1份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液84份

石墨烯浆料15份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.46:1

实施例五：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土2份

无机蒙脱石土1份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液74份

石墨烯浆料25份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.23:1

对比例一：

A组分：

PM 9.7份

PMA 3份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液89份

石墨烯浆料10份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1

对比例二：

A组分：

PM 8.7份

PMA 3份

气相二氧化硅1份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液89份

石墨烯浆料10份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1

对比例三：

A组分：

PM 6.7份

PMA 3份

有机蒙脱石土2份

无机蒙脱石土1份

水性环氧固化剂6份

分散剂0.5份

消泡剂0.3份

分子筛0.5份

锌粉80份

B组分：

水性环氧树脂乳液99份

消泡剂0.5份

基材润湿剂0.5份

A组分：B组分＝3.62:1

以上实施例和对比例均按照实施例一的方式制备，以A组分：B组分＝3.62:1的比例充分混合均匀后施工制得，50um漆膜厚度性能列于下表：

综上所述，本发明提供的是锌粉放在不含水的水性环氧固化剂中，使用有机蒙脱石土和无机蒙脱石土的搭配；第一可以与高极性溶剂形成氢键，第二蒙脱石的片状结构和电位性能可以形成“卡片宫”结构，第三蒙脱石土的超细粒径，三方面组合大大增强了体系内部的三维结构，提供优异的增稠性和触变性，为重质量锌粉提供良好的支撑，从而解决了锌粉在体系中容易沉淀结块，存储稳定性不好的问题。

因为锌粉容易与水反应，体系中很少量的水都会对体系造成不稳定，本发明利用蒙脱石土和分子筛对水的强大吸附能力，稳定体系锌粉，来达到优异的稳定性，解决了容易胀罐的问题。

本发明为水性漆，施工时用水作为稀释剂，对环境无污染；后期施工用水开稀，同时无机蒙脱石土对水增稠和提供触变性，可以有效防止施工时流挂和罐内沉淀，提高施工效率，使漆膜均匀一致，有利于提高附着力、机械强度、防腐性能。

本发明制备的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆防腐性能好，漆膜在腐蚀前期过程中，由于在涂膜侵蚀时锌的电位低，因此涂膜中的锌为阳极，先受到腐蚀，基材钢铁为阴极，受到保护发生电化学反应：

阴极区Fe→Fe²⁺+2e-0.44V

阳极区Zn→Zn²⁺+2e-0.76V

在腐蚀后期过程中，锌作为牺牲阳极形成的氧化物又对涂抹起到一种屏蔽作用，仍可加强涂膜对底材的保护。另外，牺牲的锌粉形成二价锌离子与空气中的水分和二氧化碳反应生成碳酸锌等产物，形成“白锈”，能够阻挡和屏蔽腐蚀介质的腐蚀，起到一定的“自修复”作用，从而使钢铁得到保护。

Zn+2H₂O＝Zn(OH)₂+H₂

Zn(OH)₂＝ZnO+H₂O

5ZnO+2CO₂＝2ZnCO₃·3Zn(OH)₂+H₂O

5ZnO+2CO₂+3H2O＝2ZnCO₃·3Zn(OH)₂

同时石墨烯的微片结构在前期腐蚀提供良好的导电性能，腐蚀后期提供漆膜优异的屏蔽作用，和锌粉结合有效增强了防腐蚀性能。

Claims (10)

1.一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，按重量份数计，由以下A组分和B组分组成：

A组分：

PM 5-8份；

PMA 2-5份；

有机蒙脱石土1-2份；

无机蒙脱石土0.5-2份；

水性环氧固化剂5-10份；

分散剂0.1-2份；

消泡剂0.1-1份；

分子筛0.1-1份；

锌粉60-90份

B组分：

水性环氧树脂乳液70～90份；

石墨烯浆料10-25份；

消泡剂0.1-1份；

基材润湿剂0.1～1份。

2.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述有机蒙脱石土为季铵盐改性蒙脱石土。

3.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述无机蒙脱石土为湿法改性加工的高纯蒙脱石土。

4.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述水性环氧固化剂为不含水的胺类水性环氧固化剂。

5.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述分散剂为不含水的非离子高分子润湿分散剂。

6.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述A组分和B组分中的消泡剂均为不含矿物油和有机硅的聚合物类型的消泡剂。

7.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液为双酚A类环氧乳液。

8.根据权利要求1所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，其特征在于，所述基材润湿剂为芳烷基改性聚甲基硅氧烷类基材润湿剂。

9.一种蒙脱石石墨烯水性富锌底漆的制备方法，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆，所述制备方法如下：

制备A组分：

将PM、PMA混合搅拌均匀，搅拌下加入有机蒙脱石土和无机蒙脱石土并搅拌均匀，继续在搅拌下依次加入水性环氧固化剂、分散剂和消泡剂，经过高速分散或研磨至细度小于40um，再缓慢加入锌粉，边搅拌边冷却控制温度，制得所述A组分；

制备B组分：

搅拌下依次加入水性环氧树脂乳液、石墨烯浆料、消泡剂和基材润湿剂，在搅拌速度为500-800r/min下分散均匀，经过120目筛网过滤，制得所述B组分。

10.一种权利要求1-8中任一项所述的蒙脱石石墨烯水性富锌底漆在涂料中的应用，所述蒙脱石石墨烯水性富锌底漆由A组分和B组分组成，所述A组分与所述B组分的重量比为(3～5)：1。