CN111777918B - 提高环氧富锌底漆耐盐雾性能的石墨烯薄膜、制备及应用 - Google Patents
提高环氧富锌底漆耐盐雾性能的石墨烯薄膜、制备及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及提高环氧富锌底漆耐盐雾性能的石墨烯薄膜、制备及应用,属于涂料领域,所述石墨烯薄膜包括甲组份和乙组分;所述甲组份包含如下质量份数计的成分:环氧树脂80‑100份、润湿分散剂4‑8份、流平剂2‑4份、消泡剂2‑4份、触变剂4‑10份、石墨烯10‑15份、二甲苯30‑40份和正丁醇14‑20份;所述乙组分为有机改性胺类固化剂。按照环氧值和胺值进行复配计算,所述甲组分和乙组分的质量比为10:2‑3。将所述石墨烯薄膜与环氧富锌底漆配套使用,能有效延长腐蚀性介质在涂层中的扩散路径,充分发挥锌粉的阴极保护作用,从而有效延缓基底金属的腐蚀,能够有效提高漆膜的耐盐雾性能。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域,具体地,涉及一种提高环氧富锌底漆耐盐雾性能的石墨烯薄膜、制备及应用。
背景技术
环氧富锌底漆是目前各类钢结构防腐方面最重要、使用最普遍的重防腐涂料品种之一。其防腐机理主要在于,1)环氧树脂具有良好的屏蔽腐蚀介质和机械强度性能,对基材具有良好的附着力;2)金属锌粉对钢铁的阴极保护作用。锌粉含量与其防腐效果密切相关,为确保防腐性能,通常配方中单质锌的含量不低于配方干膜质量的70%,但是高锌粉含量也会带来一系列的问题,例如贮存过程中容易产生严重的沉底现象;在进行电焊、切割等热加工时释放出大量的氧化锌,容易导致工作人员产生“锌热病”等。同时有研究表明,环氧富锌底漆中只有25%~30%的锌粉在阴极保护中起作用,涂层防护初期,环氧富工艺技术锌底漆以阴极保护作用为主,在腐蚀介质中浸泡之后,涂层中会形成氧化锌、氢氧化锌等腐蚀产物,这些物质会形成一层屏蔽膜,此时涂层防护以屏蔽作用为主。因此,环氧富锌底漆通常锌粉含量较高而利用率较低,造成较大的浪费。
石墨烯材料的出现为解决上述问题提供了便利的条件,目前业内通常的做法为对石墨烯进行表面修饰改性,提升其在环氧富锌底漆中的稳定性,使石墨烯尽可能均匀分布于涂层各部位,促进石墨烯和锌粉的结合能力,从而最大限度发挥锌粉和石墨烯的相互作用,提升锌粉的利用率和阴极保护作用。
常见的修饰石墨烯的方法是利用化学方法对石墨烯表面进行接枝改性,这类方法通常存在如下几个问题:1)石墨烯是由碳原子以SP2共价键紧密连接而成的一种六角蜂窝状平面网状结构,由于大π键的存在使其具有较好的导电性,石墨烯修饰后其晶格结构受到破坏,对其导电性、机械强度等关键性能影响较大。2)化学改性提升了石墨烯在溶剂(二甲苯、甲苯等)中的稳定分散,同时也会使其对溶剂的屏蔽作用降低,削弱对腐蚀介质的屏蔽效果。3)石墨烯改性后,其与锌粉充分结合,在锌粉重力作用下,很难实现石墨烯的自主定向排列,石墨烯的片状结构形成“迷宫”效应较难出现,对水、氧、腐蚀性离子等渗透的阻隔作用大大降低。
发明内容
为了解决现有技术中的不足,本发明的目的一在于提供一种有效提高环氧富锌底漆耐盐雾性能的石墨烯薄膜,目的二在于提供所述石墨烯薄膜涂料的制备方法,目的三在于所述石墨烯薄膜的应用,即所述石墨烯薄膜涂料与环氧富锌底漆的配套使用方法。所述的配套使用方法不需要对石墨烯进行化学修饰,而是利用石墨烯在环氧树脂和常规溶剂中的不相容性,制备一种石墨烯定向排列的涂层薄膜,与环氧富锌底漆配套使用,从而实现石墨烯与锌粉的“导电搭桥”作用和石墨烯的片状结构形成“迷宫”效应,减少锌粉用量的同时,能有效延长腐蚀性介质在涂层中的扩散路径,充分发挥锌粉的阴极保护作用,从而有效延缓基底金属的腐蚀,能够有效提高漆膜的耐盐雾性能。
为了实现上述目的,本发明采用的具体方案为:
一种石墨烯薄膜,包括甲组份和乙组分;所述甲组份包含如下质量份数计的成分:环氧树脂80-100份、润湿分散剂4-8份、流平剂2-4份、消泡剂2-4份、触变剂4-10份、石墨烯10-15份、二甲苯30-40份和正丁醇14-20份;
所述乙组分为有机改性胺类固化剂;
按照环氧值和胺值进行复配计算,所述甲组分和乙组分的质量比为10:2-3。
进一步地, 所述环氧树脂包括但不限于E20(质量分数为65%,溶剂为二甲苯)、E44和E51树脂中的至少一种。
进一步地,所述润湿分散剂优选为BYK-2055(毕克助剂公司)、AT-203(毕克助剂公司))和EFKA-5065(巴斯夫公司)中的至少一种。
所述的流平剂优选为TEGO-415、BYK-306和BYK-320(毕克助剂公司)中的至少一种。
所述的消泡剂优选为BYK-A530、BYK-1799(毕克助剂公司)、Foamex-N(迪高助剂公司)和6800(海明斯德谦)中的至少一种。
所述的触变剂优选为有机膨润土、聚酰胺蜡、气相二氧化硅和聚脲类助剂中的至少一种。
所述的石墨烯优选为片层数≤5层,粒径分布D90≤10μm。
本发明还提供制备所述石墨烯薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤一、在环氧树脂中加入触变剂并混合均匀,得到混合料1;在混合料1中依次加入石墨烯、润湿分散剂、流平剂和消泡剂混合均匀并研磨,得到混合料2;在混合料2中加入二甲苯和正丁醇并混合均匀,过滤,得到甲组份;
步骤二、将步骤一制得的甲组份和乙组份混合分散均匀,喷涂或刷涂即可制得石墨烯薄膜。
步骤一中的环氧树脂和触变剂混合均匀的方式优选为:在高速分散机中1000~1500转/分转速下高速分散15~20min,使树脂和触变剂充分分散开。
步骤一中的在混合料1和石墨烯、润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合均匀的方式优选为:在高速分散机中1000~1500转/分转速下高速分散20~30min,进入砂磨机研磨至细度≤10μm。
步骤一中混合料2和二甲苯、正丁醇混合均匀的方式优选为:在分散机中600~800转/分转速下分散20~30min。
步骤一中所述的过滤优选采用60~80目筛网过滤。
步骤二所述的乙组份经过如下预处理:将有机改性胺类固化剂采用60~80目筛网过滤,得到乙组份。
本发明还请求保护所述石墨烯薄膜的应用,即所述石墨烯薄膜与环氧富锌底漆的配套使用方法,包括以下步骤:
步骤一、对金属基材进行机械或手工除锈,除锈等级为Sa2.5或St3.0级,基材表面粗糙度为30-50μm;
步骤二、在经步骤一处理后的基材表面喷涂或刷涂环氧富锌底漆一道至干膜厚度为10-20μm;
步骤三、待步骤二中环氧富锌底漆实干后喷涂或刷涂石墨烯薄膜涂料一道至干膜厚度为5-10μm;
步骤四、待步骤三中石墨烯薄膜涂料实干后,按照环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆的顺序重复步骤二和步骤三至漆膜干膜总厚度为55-110μm。
本发明的原理:
(1)本发明所述的石墨烯涂料薄膜,①利用润湿分散剂、消泡剂和流平剂通过物理混合和共研磨的方法,润湿分散剂与石墨烯相互作用,通过空间位阻效应减少石墨烯的团聚,促进石墨烯在漆膜中的稳定分散,同时利用流平剂和消泡剂的作用,降低漆膜表面能,促进石墨烯的定向排列;②选用环氧树脂和有机改性胺类固化剂的成膜体系,在保证石墨烯薄膜强度的同时,尽可能减少漆膜的固含量,避免使用颜填料等其他物质,减少对石墨烯定向排列的干扰;③石墨烯没有经过化学修饰,最大限度保留其晶格结构,使石墨烯薄膜具有优异的导电性和机械强度。
(2)本发明所述的石墨烯薄膜与环氧富锌底漆的配套方法,在每道环氧富锌底漆之间添加一层石墨烯薄膜,由于石墨烯薄膜的存在,石墨烯与各层锌粉充分结合以及石墨烯的定向排列,从而实现石墨烯与锌粉的“导电搭桥”作用和石墨烯的片状结构形成“迷宫”效应,有效发挥锌粉的阴极保护作用,提高锌粉的利用率,延长腐蚀介质穿过漆膜的路径,从而提高环氧富锌底漆的耐腐蚀性能。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)本发明选用石墨烯薄膜与环氧富锌配套的方法,与传统化学修饰方法相比,避免对石墨烯进行化学修饰,方法简单,减少了对石墨烯晶格结构的破坏,具有更好的导电性和机械强度;
(2)制备的石墨烯薄膜,没有颜填料等物质的干扰,更容易实现石墨烯的定向排列,延长腐蚀介质的渗透路径,提升漆膜对腐蚀介质的屏蔽性能;
(3)通过环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆交叉排列,实现石墨烯与锌粉的有效结合,能够充分发挥锌粉的阴极保护作用,与传统环氧富锌涂料相比,在相同锌含量的情况下,具有更优异的防腐蚀性。
(4)在漆膜干膜厚度为55±5μm,环氧富锌底漆锌粉含量为80%的情况下,耐盐雾性能达5000h(GB/T1771),在漆膜干膜厚度为110±5μm,耐盐雾性能达12000h,划线处单边扩蚀≤2mm,漆膜表面不起泡,不生锈,不脱落,与传统环氧富锌涂料相比,耐盐雾性能具有较大提升,具有良好的性价比。
(5)漆膜耐冲击≥50cm(GB/T1732),具有较好的机械性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
在80份质量分数为65%的E20环氧树脂中加入4份有机膨润土触变剂,在高速分散机中1000转/分转速下高速分散15min,依次加入10份的石墨烯、2份的流平剂BYK-306、4份的润湿分散剂BYK-2055和2份的消泡剂BYK-A530,在高速分散机中1000转/分转速下高速分散20min,转入砂磨机研磨至细度≤10μm,最后再加入30份的二甲苯和14份的正丁醇,在分散机中600转/分转速下分散20min,60目滤网过滤装桶,制备石墨烯薄膜涂料甲组份待用;
将650聚酰胺固化剂经60目筛网过滤,得到乙组份,将乙组份包装待用;
将甲乙两组份按照重量比10:3比例混合分散均匀,得到石墨烯薄膜涂料待用;
喷砂除锈尺寸为150mm*70mm*3mm的普通碳钢板至Sa2.5级,首先在处理好的碳钢板上喷涂环氧富锌底漆(干膜中锌粉含量为80%)至干膜厚度为10μm,待实干后喷涂石墨烯薄膜涂料至干膜厚度为5μm,带实干按照环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆的顺序后继续分别喷涂环氧富锌底漆和石墨烯薄膜涂料,至总干膜厚度为55±5μm。
将上述制得的环氧富锌底漆防腐涂料样板极性性能检测,具有如下性能指标:
(1)在漆膜干膜厚度为55±5μm情况下,耐盐雾性能达5000h(GB/T1771),划线处单边扩蚀≤2mm,漆膜表面不起泡,不生锈,不脱落,具有较好的耐腐蚀性;
(2)漆膜附着力为16.3Mpa(GB/T5210),耐冲击≥50cm(GB/T1732)。
实施例2
在50份质量分数为65%的E20环氧树脂中加入50份的环氧树脂E44和8份聚酰胺蜡触变剂,在高速分散机中1500转/分转速下高速分散20min,依次加入15份的石墨烯、4份的流平剂BYK-320、8份的润湿分散剂EFKA-5065和4份的消泡剂6800,在高速分散机中1500转/分转速下高速分散20min,转入砂磨机研磨至细度10μm,最后再加入40份的二甲苯和20份的正丁醇,在分散机中600转/分转速下分散20min,80目滤网过滤装桶,制备石墨烯薄膜涂料甲组份待用;
将腰果壳油改性胺固化剂经80目筛网过滤,得到乙组份,将乙组份包装待用;
将甲乙两组份按照重量比10:2比例混合分散均匀,得到石墨烯薄膜涂料待用;
喷砂除锈尺寸为150mm*70mm*3mm的普通碳钢板至Sa2.5级,首先在处理好的碳钢板上喷涂环氧富锌底漆(干膜中锌粉含量为80%)至干膜厚度为20μm,待实干后喷涂石墨烯薄膜涂料至干膜厚度为10μm,带实干按照环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆的顺序后继续分别喷涂环氧富锌底漆和石墨烯薄膜涂料,至总干膜厚度为110±5μm。
将上述制得的环氧富锌底漆防腐涂料样板极性性能检测,具有如下性能指标:
(1)在漆膜干膜厚度为110±5μm情况下,耐盐雾性能达12000h(GB/T1771),划线处单边扩蚀≤2mm,漆膜表面不起泡,不生锈,不脱落,具有较好的耐腐蚀性;
(2)漆膜附着力为15.4Mpa(GB/T5210),耐冲击≥50cm(GB/T1732)。
需要说明的是,以上所述的实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下,对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种石墨烯薄膜在提高环氧富锌底漆耐盐雾性能方面的应用,其特征在于:所述石墨烯薄膜包括甲组分和乙组分;所述甲组分包含如下质量份数计的成分:环氧树脂80-100份、润湿分散剂4-8份、流平剂2-4份、消泡剂2-4份、触变剂4-10份、石墨烯10-15份、二甲苯30-40份和正丁醇14-20份;
所述乙组分为有机改性胺类固化剂;
按照环氧值和胺值进行复配计算,所述甲组分和乙组分的质量比为10:2-3;
所述应用是指所述石墨烯薄膜与环氧富锌底漆配套使用,包括以下步骤:
步骤一、对金属基材进行机械或手工除锈,除锈等级为Sa2.5或St3.0级,基材表面粗糙度为30-50μm;
步骤二、在经步骤一处理后的基材表面喷涂或刷涂环氧富锌底漆一道至干膜厚度为10-20μm;
步骤三、待步骤二中环氧富锌底漆实干后喷涂或刷涂石墨烯薄膜涂料一道至干膜厚度为5-10μm;
步骤四、待步骤三中石墨烯薄膜涂料实干后,按照环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆-石墨烯薄膜-环氧富锌底漆的顺序重复步骤二和步骤三至漆膜干膜总厚度为55-110μm。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述环氧树脂为E20、E44和E51树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述润湿分散剂为BYK-2055、AT-203和EFKA-5065中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述的流平剂为TEGO-415、BYK-306和BYK-320中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述的消泡剂为BYK-A530、BYK-1799、Foamex-N和6800中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述的触变剂为有机膨润土、聚酰胺蜡、气相二氧化硅和聚脲类助剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的应用,其特征在于:所述的石墨烯片层数≤5层,粒径分布D90≤10μm。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的应用,其特征在于:所述石墨烯薄膜通过以下步骤进行制备:
步骤一、在环氧树脂中加入触变剂并混合均匀,得到混合料1;在混合料1中依次加入石墨烯、润湿分散剂、流平剂和消泡剂混合均匀并研磨,得到混合料2;在混合料2中加入二甲苯和正丁醇并混合均匀,60-80目筛网过滤,得到甲组分;
步骤二、将有机改性胺类固化剂采用60~80目筛网过滤,得到乙组分;将步骤一制得的甲组分和所述乙组分混合分散均匀,喷涂或刷涂即可制得石墨烯薄膜。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于:步骤一中的环氧树脂和触变剂混合均匀的方式为:在高速分散机中1000~1500转/分转速下高速分散15~20min;所述混合料1和石墨烯、润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合均匀的方式为:在高速分散机中1000~1500转/分转速下高速分散20~30min,然后进入砂磨机研磨至细度≤10μm;所述混合料2和二甲苯、正丁醇混合均匀的方式为:在分散机中600~800转/分转速下分散20~30min。
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